CN111911377B - 一种基于梯度预应变的sma致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于梯度预应变的SMA致动器，该SMA致动器在其整个长度范围内引入预应变，并且预应变的分布分为两个端部区段和一个中间区段，所述两个端部区段的预应变从端部往中间方向呈梯度或连续递增，最大值不超过所述中间区段的预应变，所述中间区段的预应变是均匀分布的。与现有均匀预应变SMA致动器相比，本发明可以使致动器在通电或其它方式致热驱动时其与基材在埋段端部或胶接段端部的界面应力集中得到有效控制，可显著提升复合结构的使用寿命和服役性能。

Description

一种基于梯度预应变的SMA致动器

技术领域

本发明涉及SMA致动器技术领域，主要涉及一种基于梯度预应变的SMA致动器。

背景技术

利用形状记忆合金的形状记忆效应通过在其上引入预应变即可制备成致动器，这已广为人知。当采用某种复合的方式将SMA致动器埋入一种材料(可以是单一的各向同性材料，也可以是各型复合材料，以下统称为基体)中或粘接于某种固体材料(以下简称基材)的表面制备成某种结构物或产品时，则在以某种方式加热使之超过相变温度时，其便会驱动该结构或产品产生相应变形等，致使结构和产品的形状、振动特性等发生改变，然而在其驱动结构或产品的同时，其与基体的界面处或与基材的胶接面处端部会产生显著的应力集中现象，致使在这些部位易率先出现失效，从而导致整个复合结构或产品渐进失效。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在形状记忆合金和基体或者基材之间界面容易出现脱粘导致产品失效的缺陷，而提出一种基于梯度预应变的SMA致动器，有效解决先前基于均匀预应变形状记忆合金致动器的智能复合结构易出现界面失效的瓶颈问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于梯度预应变的SMA致动器，该SMA致动器在其整个长度范围内引入预应变，并且预应变的分布分为两个端部区段和一个中间区段，所述两个端部区段的预应变从端部往中间方向呈梯度或连续递增，最大值不超过所述中间区段的预应变，所述中间区段的预应变是均匀分布的。

其可以是经表面处理的圆截面或经压痕处理的变形截面丝状SMA致动器，或经表面处理的平板状或经压痕或激光处理的呈微凹凸状表面的片状SMA致动器；可埋入或粘贴于被驱动基材内部或表面制备成复合结构使用。

对于复合了SMA致动器的结构，工作原理为当采用某种方式加热使SMA温度升高至该SMA相变温度以上时其将产生回复至预应变前形状的变形趋势，致使复合结构产生变形、发生刚度改变等。

SMA致动器是利用形状记忆合金具备的形状记忆效应，在低于其奥氏体起始温度的环境下引入相应环境温度下不可回复的预应变后，当将之固结于材料内部或胶接于基材表面时，通过通电加热或其它加热方式使SMA处于高于奥氏体相变起始温度时其将产生回复变形的趋势，因其与基体或基材固结在了一起，除非固结失效，在其与基体或基材间将产生相互作用力，从而驱动基体或基材发生变形。在SMA致动器致动时，埋段或粘接长度段与基体的界面或与基材的胶接界面在端部或预应变突变处会出现应力集中，从而容易引发失效。

本发明通过在埋于基体的或粘接于基材表面的SMA致动器的端部区段，引入了从端头到中间区段呈递增变化的预应变，总的趋势是越靠近端部预应变越小，在端部区段与中间区段的交点位置，预应变可能有一个突变，也可能是同一预应变值；中间区段则为均匀预应变段，该段的预应变为致动器上最大的预应变。端部区段若为阶梯状梯度预应变，则任一阶梯段内则为一均匀预应变段，具体梯度预应变方案与形状记忆合金的形状记忆特性、形状记忆合金的表面形貌、与之复合的基体/基材的特性、胶粘剂的性能等有关，需根据在规定驱动条件下界面不发生破坏为原则通过定量设计确定。这部分属于本领域技术人员根据本申请的设计思路可以计算得到的。

本发明通过改变拟埋段或拟粘接段形状记忆合金致动器的预应变分布特征来提升SMA致动器复合结构的性能，相比较全埋段或全粘接段为均匀预应变的SMA致动器，按本发明设计制备的SMA致动器复合结构可望获得更大的驱动变形或更大的刚度改变量或更长的寿命；而本申请将形状记忆合金致动器设计为两端预应变较小而中间预应变较大的致动器，使得在埋段或粘接长度段端部SMA致动器致动时其与基体的界面或与基材的胶接界面在端部或预应变突变处产生的应力峰值大大减小，只要把该应力峰值控制在界面强度范围内则可避免界面失效；确定阶梯状梯度预应变方案时既要控制SMA致动器端头的预应变大小，也要控制预应变阶跃值的大小，还应满足总的驱动性能的要求；确定预应变连续变化的梯度预应变方案时在满足总驱动性能要求的前提下既要控制SMA致动器端头的预应变大小，也要控制预应变变化的斜率，以应力峰值不超过界面强度为前提，当将之应用于具体结构时还应考虑一定的安全裕度。

本发明中SMA致动器端部段的梯度预应变方案应根据具体应用需求设计确定，具体设计的指导思想为在满足驱动目标的前提下界面不破坏，复合结构可反复使用，为此需依选定的材料体系及SMA丝或片的表面处理方法等测定驱动条件下的界面强度，并根据复合结构的使用全工况，采用数值模拟的方法将全工况条件下的界面峰值应力控制在界面强度范围内并最大限度地实现驱动目标来确定梯度预应变方案，经实验验证后予以确认。

本发明主要是针对SMA致动器与基体/基材复合成复合结构使用时基于均匀预应变致动器存在的缺陷进行的改进，对于SMA致动器用于非复合结构，可以采用现有的基于均匀预应变的SMA致动器，属于现有技术，故在此不再赘述。

进一步地，所述端部区段的预应变的变化趋势为阶梯状变化趋势或连续变化趋势。

进一步地，所述连续变化趋势为按连续函数规律变化的趋势；优选地，所述函数为线性函数。

进一步地，所述SMA本体为丝状结构或片状结构。

其中，丝状形状记忆合金是指其截面尺寸远远小于其长度尺寸的形状记忆合金，至于其截面形状不限于光圆截面，可以是带有各种压痕的丝状结构，也可以是矩形截面或其它截面形式的丝状结构；片状形状记忆合金是指其厚度向尺寸远远小于其它两个方向的尺寸，其表面可以是平整表面，也可以是带有压痕或其它刻蚀的表面。

形状记忆合金的材料不限于镍钛合金，只要具有形状记忆效应即可使用，本发明的改进点不在于形状记忆合金的材料。

形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种兼有感知和驱动功能的金属材料，合金处于低温相时予以塑性形变，加热到临界温度以上通过逆相变恢复其原始形状的现象，称之为形状记忆效应；预应变前为等截面的丝状或片状形状记忆合金，在引入梯度预应变后，其截面尺寸将呈现某种规律性的变化。

进一步地，当所述SMA本体为丝状结构时，所述端部区段的制作方法为将原始丝状形状记忆合金通过分段多次拉伸制得、或采用直径不同的卡具对原始丝状形状记忆合金进行拉拔制得、或采用分段滚搓法制备而成、或在原始丝状形状记忆合金上进行局部增强然后一次拉伸制得。

进一步地，当所述SMA本体为片状结构时，所述端部区段的制作方法为将原始片状形状记忆合金通过分段多次拉伸制得、或采用分段压延所述原始片状形状记忆合金制得、或采用将原始形状记忆合金等厚度片材加工成某种形式的变宽度等厚度片材再经过一次拉伸制得，随后可视情再裁切成等宽度片材。

一般如果SMA致动器通过埋入基体的方式制得复合结构，其埋于基体中的长度为埋长段；如果SMA致动器通过粘结的方式与基材连接在一起制得复合结构，与基材粘接段为粘接长度段。

进一步地，所述基体/基材的材质为热固性树脂、热塑性树脂、增强热固性树脂或增强热塑性树脂复合材料。

对于胶粘剂，选择为适合于所用SMA材料和基材材料的胶粘剂，其可以是糊状胶也可以是胶膜。另外其还应在SMA致动器最大工作温度条件下具有足够的胶接强度，其的固化条件也应与掌握的可靠的在其固化时能维持住SMA梯度预应变的方法相适应。

进一步地，所述形状记忆合金复合结构，若成型温度高于该形状记忆合金对应的相变温度，采用侧压法维持所述合金本体的端部区段的梯度预应变。

进一步地，所述形状记忆合金的相变温度低于所述基体或基材的允许使用温度。

与现有全埋段或全粘接段引入均匀预应变的SMA致动器相比，本发明具有以下优点：

(1)在最大预应变一致的情况下本发明可显著降低SMA致动器驱动时其与基体或基材界面处端部的应力集中的大小；

(2)在保持界面不失效的前提下本发明可获得更好的驱动性能，如可驱动复合结构产生更大的变形或刚度改变，从而获得更好的气动性能或振动特性等；

(3)在达到现有SMA致动器在一次或若干次驱动时出现界面失效时对应的驱动性能前提下，本发明可大大延长激励的次数，即可有效延长复合结构的使用寿命。

附图说明

图1为丝状SMA致动器预应变分布分段示意图；

图2为片状SMA致动器预应变分布分段示意图；

图3为丝状SMA致动器与基体复合在一起使用的示意图；

图4为SMA片状SMA致动器与基材胶接在一起使用的示意图；

图5为热激励时本发明的SMA致动器和基体之间的界面剪应力分布曲线示例；

图6为热激励时现有基于均匀预应变SMA致动器和基体之间的界面剪应力分布曲线示例；

图7为基于丝状SMA致动器的复合结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种基于NITi形状记忆合金丝的SMA致动器，其是通过在NITi形状记忆合金丝上引入梯度预应变制备而成的，具体是将之埋入基体材料制成的结构件的内部，当采用某种方式加热使之温度升高至该SMA相变温度以上时其将产生回复至引入预应变前形状的变形趋势，致使复合结构产生变形、发生刚度改变等。

本实施例中形状记忆合金丝复合结构如图7所示，包括基体1和埋在基体1中的SMA致动器，其中SMA致动器分为三部分，具体分为两个端部区段2,3和一个中间区段4，图中伸出基体的SMA段5不具备致动性能，不属于SMA致动器的组成部分。端部区段2和3，预应变从头部往中间段方向是梯度递增的，而中间区段4各处的预应变是均匀的，即在整个埋长段范围内，梯度预应变是在靠近SMA伸出复合结构的区段2和3中引入的，而在整个埋段的中间区段4可以是均匀的预应变段，且从端部往中间均匀预应变段预应变是递增的，递增的方式可以是阶梯状的。

本实施例的形状记忆合金致动器形态为丝状，即其截面尺寸远远小于其长度尺寸；制备时，采用截面为圆截面的原始丝状形状记忆合金丝通过分段多次拉伸，制备出从两端到中间预应变依次变大的结构，具体为整个形状记忆合金沿着其自身延伸方向分为五段，依次为预应变为1％的第一段、预应变为2％的第二段、预应变为3％的第三段、预应变为2％的第四段、预应变为1％的第五段；其中第一段和第五段的长度均为1cm，第二段和第四段的长度为1cm，第三段的长度为6cm，形状记忆合金的总长为10cm，位于两侧的第一段、第二段、第四段和第五段构成端部阶梯型梯度预应变段，而位于中间的第三段构成中间段。

在将该梯度预应变SMA丝状致动器埋入复合材料中制备成复合结构时，在树脂加热固化的过程中可考虑通过采用侧压法等使端部段的梯度预应变保持住，从而也可使中间段预应变得以维持。

SMA致动器是利用形状记忆合金具备的形状记忆效应，在室温下引入不可回复的预应变后，当将之埋入某材料制备的结构件内部时，通过通电加热或其它加热方式使SMA处于高于奥氏体相变终了温度时其将产生回复变形的趋势，因其与基体胶接在了一起，除非胶接界面失效，在其与基体或基材间将产生相互作用力，从而驱动基体或基材发生变形、改变刚度等。但由于伸出基体部分的SMA未加约束，因此其可自由回复，这就造成在埋段两端处出现应变突变，而在刚度突变、截面突变处都将产生显著的应力集中现象，从而容易引发失效。

现有SMA致动器是在全埋段或全胶接段SMA上引入均匀预应变而制成的致动器，本发明是对在形状记忆合金丝或片上引入预应变的方式进行了改进，变全长为均匀预应变为在端部段为梯度预应变而在中间段为均匀预应变，越靠近端部预应变越小，中间段达到最大，从而可在驱动致动器时显著降低在端部段在SMA/基体界面处出现的应力集中的大小，在界面峰值应力不超过界面强度时其便不会发生界面失效行为了，这是本领域技术人员容易理解的。

本实施例中的丝状记忆合金可以不限定为圆截面，也可以是带有各种压痕的丝、可以是矩形截面或其它截面形式的丝。

本发明在端部段引入梯度预应变后，将SMA的预应变在端部处取得小一些，则可显著地降低应力集中的大小，直至其峰值应力限定在界面强度的范围内为止，则可保证界面的完好和相应复合结构的安全服役。

如图5所示，采用本实施例的梯度预应变致动器时剪应力分布曲线的峰值应力为1.784MPa；而如果采用现有的全长为均匀预应变的形状记忆合金致动器，其剪应力分布曲线如图6所示，其峰值剪应力为20.408MPa；由此可见，对于本示例的结构，本申请通过改变丝状记忆合金沿全埋段的预应变分布特征，在端部段引入梯度预应变且越靠近端部预应变越小，然后逐级递升至中间段的均匀预应变，则在胶接界面处峰值剪应力和正应力将显著降低，此例中降低达91.25％，取得了显著的技术效果。

本发明根据驱动目标设计制备的梯度预应变SMA致动器可以在实现驱动目标的同时保证界面的完好，从而可有效实现智能复合结构的设计目标，如可产生显著变形的可变形结构、可改变振动特性的结构等。

实施例2

一种基于NITi形状记忆合金丝的SMA致动器，其是通过在NITi形状记忆合金丝上引入梯度预应变制备而成的，具体是将之埋入某种材料制成的结构件的内部，当采用某种方式加热使之温度升高至该SMA相变温度以上时其将产生回复至引入预应变前形状的变形趋势，致使复合结构产生变形、发生刚度改变等。在整个埋长段范围内，梯度预应变是在靠近SMA伸出复合结构的端部区域段引入，而在整个埋段的中间段可以是均匀的预应变段，且从端部往中间均匀预应变段预应变是递增的，递增的方式可以是阶梯状的。

本实施例的形状记忆合金致动器形态为丝状，如图1所示，即其截面尺寸远远小于其长度尺寸；制备时，采用直径不同的卡具对原始圆截面丝状形状记忆合金进行拉拔制得，制备出从两端到中间预应变依次变大的结构，具体为整个形状记忆合金沿着其自身延伸方向分为五段，依次为预应变为1％的第一段、预应变为2％的第二段、预应变为3％的第三段、预应变为2％的第四段、预应变为1％的第五段；其中第一段和第五段的长度均为1cm，第二段和第四段的长度为1cm，第三段的长度为6cm，形状记忆合金的总长为10cm，位于两侧的第一段、第二段、第四段和第五段构成端部阶梯型梯度预应变段，而位于中间的第三段构成中间段。

在将该梯度预应变SMA丝状致动器埋入复合材料中制备成智能复合材料结构时，如图3，在树脂加热固化的过程中采用侧压法等使端部段的梯度预应变保持住，从而也可使中间段预应变得以维持。

实施例3

一种基于NITi形状记忆合金丝的SMA致动器，其是通过在NITi形状记忆合金丝上引入梯度预应变制备而成的，具体是将之埋入某种材料制成的结构件的内部，当采用某种方式加热使之温度升高至该SMA相变温度以上时其将产生回复至引入预应变前形状的变形趋势，致使复合结构产生变形、发生刚度改变等。在整个埋长段范围内，梯度预应变是在靠近SMA伸出复合结构的端部区域段引入，而在整个埋段的中间段可以是均匀的预应变段，且从端部往中间均匀预应变段预应变是递增的，递增的方式可以是阶梯状的。

本实施例的形状记忆合金致动器形态为丝状，即其截面尺寸远远小于其长度尺寸；制备时，对原始圆截面丝状形状记忆合金采用分段滚搓法制得，制备出从两端到中间预应变依次变大的结构，具体为整个形状记忆合金沿着其自身延伸方向分为五段，依次为预应变为1％的第一段、预应变为2％的第二段、预应变为3％的第三段、预应变为2％的第四段、预应变为1％的第五段；其中第一段和第五段的长度均为1cm，第二段和第四段的长度为1cm，第三段的长度为6cm，形状记忆合金的总长为10cm，位于两侧的第一段、第二段、第四段和第五段构成端部阶梯型梯度预应变段，而位于中间的第三段构成中间段。

在将该梯度预应变SMA丝状致动器埋入复合材料中制备成智能复合材料结构时，在树脂加热固化的过程中采用侧压法等使端部段的梯度预应变保持住，从而也可使中间段预应变得以维持。

实施例4

一种基于NITi形状记忆合金丝的SMA致动器，其是通过在NITi形状记忆合金丝上引入梯度预应变制备而成的，具体是将之埋入某种材料制成的结构件的内部，当采用某种方式加热使之温度升高至该SMA相变温度以上时其将产生回复至引入预应变前形状的变形趋势，致使复合结构产生变形、发生刚度改变等。在整个埋长段范围内，梯度预应变是在靠近SMA伸出复合结构的端部区域段引入，而在整个埋段的中间段可以是均匀的预应变段，且从端部往中间均匀预应变段预应变是递增的，递增的方式可以是阶梯状的。

本实施例的形状记忆合金致动器形态为丝状，即其截面尺寸远远小于其长度尺寸；制备时，对原始圆截面丝状形状记忆合金采用在原始丝状形状记忆合金上进行梯度增强后然后一次拉伸制得，制备出从两端到中间预应变依次变大的结构，具体为整个形状记忆合金沿着其自身延伸方向分为五段，依次为预应变为1％的第一段、预应变为2％的第二段、预应变为3％的第三段、预应变为2％的第四段、预应变为1％的第五段；其中第一段和第五段的长度均为1cm，第二段和第四段的长度为1cm，第三段的长度为6cm，形状记忆合金的总长为10cm，位于两侧的第一段、第二段、第四段和第五段构成端部阶梯型梯度预应变段，而位于中间的第三段构成中间段。

在将该梯度预应变SMA丝状致动器埋入复合材料中制备成智能复合材料结构时，在树脂加热固化的过程中采用侧压法等使端部段的梯度预应变保持住，从而也可使中间段预应变得以维持。

实施例5

一种基于片状NITi形状记忆合金的SMA致动器，其可以是通过在NITi形状记忆合金片上引入梯度预应变制备而成，具体是将之粘贴于某种材料制成的结构件的表面，当采用某种方式加热使之温度升高至该SMA相变温度以上时其将产生回复至引入预应变前形状的变形趋势，致使复合结构产生变形、发生刚度改变等。在整个表面粘贴式片状致动器粘贴长度范围内，梯度预应变是在靠近SMA伸出复合结构的端部区域段引入，而在整个粘贴长度段的中间段可以是均匀的预应变段，且从端部往中间均匀预应变段预应变是递增的，递增的方式可以是阶梯状的，也可以是按线性或某连续函数规律变化的方式。

本实施例的形状记忆合金致动器形态为片状，如图2，即其厚度向尺寸远远小于其它两个方向的尺寸，截面为矩形；制备时，采用截面为矩形截面的原始片状形状记忆合金通过分段多次拉伸制得，制备出从两端到中间截面尺寸依次变小的结构，具体为整个形状记忆合金沿着其自身伸长方向分为五段，依次为预应变为1％的第一段、预应变为2％的第二段、预应变为3％的第三段、预应变为2％的第四段、预应变为1％的第五段；其中第一段和第五段的长度均为1cm，第二段和第四段的长度为1cm，第三段的长度为6cm，形状记忆合金的总长为10cm，位于两侧的第一段、第二段、第四段和第五段构成端部段，而位于中间的第三段构成中间段。

本实施例中的片状记忆合金不仅仅可以是平整表面，也可以是带有压痕或其它刻蚀的表面。

实施例6

一种基于片状NITi形状记忆合金的SMA致动器，其可以是通过在NITi形状记忆合金片上引入梯度预应变制备而成，具体是将之粘贴于某种材料制成的结构件的表面，如图4，当采用某种方式加热使之温度升高至该SMA相变温度以上时其将产生回复至引入预应变前形状的变形趋势，致使复合结构产生变形、发生刚度改变等。在整个表面粘贴式片状致动器粘贴长度范围内，梯度预应变是在靠近SMA伸出复合结构的端部区域段引入，而在整个粘贴长度段的中间段可以是均匀的预应变段，且从端部往中间均匀预应变段预应变是递增的，递增的方式可以是阶梯状的。

本实施例的形状记忆合金形态为片状，即其厚度向尺寸远远小于其它两个方向的尺寸，截面为矩形；制备时，采用截面为矩形截面的原始片状形状记忆合金通过分段压延制得，制备出从两端到中间截面尺寸依次变小的结构，具体为整个形状记忆合金沿着其自身延伸方向分为五段，依次为预应变为1％的第一段、预应变为2％的第二段、预应变为3％的第三段、预应变为2％的第四段、预应变为1％的第五段；其中第一段和第五段的长度均为1cm，第二段和第四段的长度为1cm，第三段的长度为6cm，形状记忆合金的总长为10cm，位于两侧的第一段、第二段、第四段和第五段构成端部连接段，而位于中间的第三段构成中间段。

实施例7

一种基于片状NITi形状记忆合金的SMA致动器，其可以是通过在NITi形状记忆合金片上引入梯度预应变制备而成，具体是将之粘贴于某种材料制成的结构件的表面，当采用某种方式加热使之温度升高至该SMA相变温度以上时其将产生回复至引入预应变前形状的变形趋势，致使复合结构产生变形、发生刚度改变等。在整个表面粘贴式片状致动器粘贴长度范围内，梯度预应变是在靠近SMA伸出复合结构的端部区域段引入，而在整个粘贴长度段的中间段可以是均匀的预应变段，且从端部往中间均匀预应变段预应变是递增的，递增的方式可以是阶梯状的。

本实施例的形状记忆合金形态为片状，即其厚度向尺寸远远小于其它两个方向的尺寸，截面为矩形；制备时，采用的原始片状形状记忆合金的两端为变宽度片材，即截面宽度从端部往中间逐渐减小的片材，中间段为等宽度片材，采用这种原始片状形状记忆合金进行一次拉伸后即可加工出端部预应变为梯度预应变的形状记忆合金致动器，然后可以再裁切成全长等宽度的致动器，具体为整个形状记忆合金致动器的预应变沿着其自身延伸方向分为五段，依次为预应变为1％的第一段、预应变为2％的第二段、预应变为3％的第三段、预应变为2％的第四段、预应变为1％的第五段；其中第一段和第五段的长度均为1cm，第二段和第四段的长度为1cm，第三段的长度为6cm，形状记忆合金的总长为10cm，位于两侧的第一段、第二段、第四段和第五段构成端部连接段，而位于中间的第三段构成中间段。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，该SMA致动器在其整个长度范围内引入预应变，并且预应变的分布分为两个端部区段和一个中间区段，所述两个端部区段的预应变从端部往中间方向呈梯度或连续递增，最大值不超过所述中间区段的预应变，所述中间区段的预应变是均匀分布的；

所述梯度或连续递增为阶梯状递增或按线性或非线性连续函数规律变化；

所述SMA致动器分为三部分，具体分为两个端部区段和一个中间区段，端部区段中，预应变从头部往中间段方向是梯度递增的，而中间区段各处的预应变是均匀的，在整个埋长段范围内，梯度预应变是在靠近SMA伸出复合结构的区段中引入的，在整个埋段的中间区段是均匀的预应变段，且从端部往中间均匀预应变段预应变是递增的；

所述SMA致动器在制备时，制备出从两端到中间预应变依次变大的结构，具体为整个形状记忆合金沿着其自身延伸方向分为五段，依次为预应变为1％的第一段、预应变为2％的第二段、预应变为3％的第三段、预应变为2％的第四段、预应变为1％的第五段。

2.根据权利要求1所述的一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，所述SMA致动器为丝状结构或片状结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，所述SMA致动器是经表面处理的圆截面或经压痕处理的变形截面丝状SMA致动器，或经表面处理的平板状或经压痕或激光处理的呈微凹凸状表面的片状SMA致动器。

4.根据权利要求2所述的一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，所述SMA为丝状结构时，所述端部区段的制作方法为将原始丝状形状记忆合金通过分段多次拉伸制得，或采用直径不同的卡具对原始丝状形状记忆合金进行拉拔制得，或采用分段滚搓法制备而成，或在原始丝状形状记忆合金上进行局部增强然后一次拉伸制得。

5.根据权利要求2所述的一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，所述SMA为片状结构时，所述端部区段的制作方法为将原始片状形状记忆合金通过分段多次拉伸制得，或采用分段压延所述原始片状形状记忆合金制得，或采用将原始形状记忆合金等厚度片材加工成某种形式的变宽度等厚度片材再经过一次拉伸制得。

6.根据权利要求2所述的一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，丝状结构的SMA致动器埋入被驱动的基体中，片状结构的SMA致动器通过胶粘剂粘贴于被驱动的基体表面或埋入被驱动的基体中，形成形状记忆合金复合结构。

7.根据权利要求6所述的一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，所述基体为热固性树脂、热塑性树脂、或它们的复合材料。

8.根据权利要求6所述的一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，所述形状记忆合金复合结构成型时，若成型温度高于该形状记忆合金对应的相变温度时，采用侧压法维持所述SMA致动器端部区段的梯度预应变。

9.根据权利要求6所述的一种基于梯度预应变的SMA致动器，其特征在于，所述形状记忆合金的相变温度低于所述基体的允许使用温度。

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