磁致伸缩是相当复杂的物理现象，主要体现在三种表现形式上：一是纵向磁致伸缩，即外磁场方向（轴向）上伸长或缩短的尺寸变化；二是横向磁致伸缩，指垂直于外磁场方向（径向）上的尺寸变化；三是体积磁致伸缩，也就是体积发生膨胀或收缩的相对变化。磁性材料的磁化过程中，由于横向磁致伸缩和体积磁致伸缩比较小，可以将其忽略，一般磁致伸缩指的是纵向磁致伸缩。
磁致伸缩的伸长和收缩是磁能和机械能相互转换的过程。根据磁畴理论，GMM内部可分成许多大小基本一致的磁畴，磁畴的磁矩方向各不相同，磁畴随机排列。当磁场强度H＝0时，磁畴本身的自发磁化强度方向各不相同，材料宏观上的形变为0，如图2－4（a）所示。当磁场强度较低时，磁致伸缩的改变主要是易磁化方向的磁畴增大，此时磁致伸缩系数很小，如图2－4（b）所示。磁场强度逐渐增大至中等时，所有磁畴的磁矩方向都旋转到易磁化方向，此时磁场强度的微小改变会引起所有磁畴的增大，磁致伸缩系数较大，如图2－4（c）所示。当磁场强度继续增大到高强度时，材料内部所有磁畴的磁矩方向都旋转到外磁场方向，随着磁场强度增加磁致伸缩材料不再增长，达到饱和状态，如图2－4（d）所示。
图2-4 磁致伸缩机理(www.xing528.com)
（a）磁场强度为0；（b）低磁场强度；（c）中等磁场强度；（d）高磁场强度
研究磁场强度对GMM磁致伸缩应变的影响，对于确定致动器最合理的工作区间，发挥致动器的最佳性能具有重要的意义。室温下，无偏置磁场，预应力为10 MPa，GMM棒（φ3 mm×20 mm）的磁致伸缩系数随磁场强度的变化如图2－5所示。从图2－5可以看出，在磁场强度较低时（0～20 kA／m），磁致伸缩系数增长较缓慢，处于死区状态；随着磁场强度增加至中等强度（20～80 kA／m），磁致伸缩系数快速增大，磁致伸缩系数曲线处于线性区域，此区域内具有最佳的伸缩性能；随着磁场强度继续增大（＞80 kA／m），磁致伸缩系数的增长趋势逐渐变得平缓，逐渐达到饱和状态。为充分发挥GMM的磁致伸缩性能，降低致动器的非线性，应使GMM棒尽量工作在“线性”区域。
图2-5 磁致伸缩应变曲线
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