铁磁形状记忆合金(Ferromagnetic Shape Memory Alloys,简称FSMAs)作为一种新型智能材料,在新近十余年中受到了国内外学者的广泛关注与研究兴趣。铁磁形状记忆合金材料具有大磁致应变、高响应频率、磁控形状记忆效应等优越特性,其作为一种潜在的智能驱动和传感材料具有广阔的应用前景。铁磁形状记忆合金的磁致大应变行为并不是由于其内部奥氏体相到马氏体相的相变所导致,而是在室温下其内部不同马氏体变体间的结构重排或重定向而导致的磁-力耦合行为。本文分别从宏观和细观的角度出发,针对铁磁形状记忆合金马氏体变体重定向与大磁致应变输出等行为,建立了马氏体变体重定向的宏观动力学模型以及细观热力学模型,并对其力磁耦合、力磁热多场耦合行为进行了理论分析和数值模拟。首先,基于宏观连续介质热力学的张量表述形式,本文建立了一个宏观重定向动力学模型,来描述铁磁形状记忆合金在力-磁-热多场耦合下的马氏体变体重定向行为。模型从不同马氏体变体间孪晶界处的热力学基本方程出发,得到了驱动孪晶界移动的广义驱动力。基于相变动力学相关知识和能量耗散原理得到了描述马氏体变体重定向过程的动力学演化方程。文中所建立的宏观理论模型不仅可以描述铁磁形状记忆合金力-磁耦合情形下,铁磁形状记忆合金杆在马氏体变体重定向过程中的应力-应变本构行为和磁致应变行为,而且考虑了温度对重定向过程的影响,基于温度对其磁化强度、最大重定向应变以及重定向发生的临界磁场的影响,给出了力-磁-热多场情形下的马氏体变体重定向行为与耦合特征。其次,伴随着铁磁形状记忆合金马氏体变体重定向过程,在材料内部有着丰富的微磁结构以及磁畴结构的演化。最新的一些实验观测表明：铁磁形状记忆合金在马氏体变体重定向的过程中,对于磁化方向与外加磁场方向正交的变体,其内部磁畴结构的变化是由于磁化矢量的旋转,而磁化方向与外加磁场方向平行的变体,其内部磁畴结构的变化则是由于磁畴壁的移动。然而目前尚未有给予该现象解释的理论模型,为了解释上述的实验现象,我们建立了一个描述铁磁形状记忆合金内部磁畴结构特征与变化的微磁热力学统计模型。模型给出了各个马氏体变体中磁畴内部的总势能表述,通过定义磁畴间的Gibbs自由能差为驱动磁畴壁移动的广义驱动力以及基于统计学方法,获得了马氏体变体内各个磁畴体积分数的表达形式,合理解释了不同马氏体变体内磁畴微结构变化机理和实验现象。再次,我们从细观角度建立了一个细观热力学模型来描述铁磁形状记忆合金在力-磁耦合作用下的马氏体变体重定向行为。基于传统的细观力学Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka平均场方法,将铁磁形状记忆合金马氏体变体的重定向看作为一种马氏体相夹杂于另一种基体马氏体相,进而给出了马氏体变体重定向过程中铁磁形状记忆合金材料内部的应力、应变的表达式；获得了驱动马氏体变体间孪晶界移动的广义驱动力和关于马氏体变体体积分数的热动力学平衡方程。基于此模型预测了马氏体重定向发生的临界应力和磁场值,并通过磁化旋转结束的临界磁场与模型预测的重定向开始发生和结束的临界磁场的关系,解释了马氏体重定向部分发生和完全不发生的机理,相关力磁耦合行为的预测结果与实验结果有很好的吻合。最后,我们将马氏体变体内部磁畴结构变化的热力学统计学模型与细观力学相结合,构建了一统一的广义细观热力学模型。该模型考虑了马氏体变体重定向过程中的微磁结构特征与演化,获得了与磁畴体积分数、磁化旋转角相关的孪晶界移动的广义驱动力,以及马氏体变体体积分数的热动力学平衡方程。通过将理论预测结果与实验结果的对比发现,本文的模型可以给出与实验结果吻合良好的预测结果,同时说明了铁磁形状记忆合金内磁畴结构的变化对准确描述马氏体变体重定向行为的重要性。