ポリジメチルシロキサン（PDMS）エラストマーは、柔軟性、光学透明性、不燃性、化学安定性、無毒性、生体適合性及び低コストなどの優れた特性を備えているため、フレキシブルセンサ、電子部品光学系及び生物力学などの分野で広く応用されている。これらの応用では、PDMS部材はしばしば複雑な多軸応力状態にあり、大きな変形挙動を伴う。実際の状況における軟質材料の合理的な選択を実現するために、異なる変形モードにおけるPDMSの応力−歪応答を正確に特性化し、予測することは重要な意義がある。このため、インド理工学院のSatya PalとAbir Bhattacaryyaは非接触画像デジタル相関（DIC）技術を用いて有限歪下の試料表面の歪場を正確に測定し、歪モードがその応力−歪応答に与える影響を討論し、それに基づいてPDMSのポアソン比の歪に伴う進化法則を確定した。

本文はまず一軸圧縮、一軸延伸と簡単せん断変形モードで力学テストを行い、試料モデルは図1に示し、DICを通じてPDMSのこの過程における歪場発展を獲得し、図2から図4に示した。その結果、DIC技術は異なる変形モードにおけるPDMSの歪み場の負荷時間に伴う進化規則をよりよく記述できることが分かった。

図1試料モデル

図2一軸圧縮モードにおける軸方向歪みの経時変化

図3一軸延伸モードにおける伸長歪の経時変化

図4単純せん断モードにおけるせん断ひずみの経時変化

上述の歪み場測定結果に基づいて、本稿では、図5に示すように、一軸圧縮、一軸延伸、単純せん断モードにおける異なる硬化剤の占有率を有するPDMSの応力−歪み関係曲線をさらに得た。その結果、硬化剤の占有率が高いほど、PDMSの見かけの弾性率が大きいことが分かった。異なる変形モードにおけるPDMSの力学的挙動には大きな差があり、一軸圧縮モードにおける非線形挙動は顕著であり、歪硬化挙動が主導的な地位を占めている、単純せん断モードにおけるPDMSは近似線弾性の応力−ひずみ関係を示し、一方、一軸延伸では、硬化剤が比較的高い（10：1）場合、PDMSは先に軟化した後に硬化する非線形応答を示し、硬化剤が比較的低い場合は歪み軟化のみを示した。この現象は本稿で研究した中程度の歪み範囲と関係があるかもしれない。

図5の異なる変形モードにおけるPDMSの応力−ひずみ関係

最後に、本文は一軸延伸試験中の歪み場データを通じて直接PDMSのポアソン比の歪みに伴う発展規則を得て、図6に示すように。その結果、ポアソン比はひずみ率、硬化剤の占有率とは関係なく、平均値は0.44程度であった。本文は線弾性仮定に基づいてそれぞれPDMSのヤング率と弾性率を得て、ポアソン比数値を導出して、直接歪場を通じて得たポアソン比結果と近い。PDMSは小さな歪の下で非圧縮固体として現れ、その力学的挙動を線弾性モデルによって記述することができる。

図6 PDMSポアソン比の引張歪に伴う進化

以上より、本文はDICを用いて3つの典型的な変形モードにおけるPDMSの表面歪み場を測定し、それぞれ線弾性仮定と直接歪み測定に基づいてポアソン比の大きさを決定した。結果により、PDMSの異なる変形モードにおける力学的挙動には顕著な差異があり、小変形条件下では線弾性固体と見なされる。本論文の歪研究範囲は40%を超えていないため、PDMSの歪硬化挙動は十分に現れていないことを指摘する必要がある。そのため、大変形条件下の非線形構造モデルを構築する際には、より大きな歪みレベルの実験研究を展開する必要があり、このような大歪み条件下ではDIC方法の適用性が制限される可能性がある。

関連論文は「PDMS elastomers and determination of Poisson’s ratio using digital image correlation」と題して「Polymer Testing」に発表された。