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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 復(fù)合生物陶瓷人工骨斷裂韌性統(tǒng)計(jì)性能分析研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)介：
- 復(fù)合生物陶瓷人工骨是一種新型生物材料。斷裂韌性統(tǒng)計(jì)性能對(duì)于臨床應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。本項(xiàng)目在介紹材料制備和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了分布擬合檢驗(yàn)，得到裂紋敏感性較強(qiáng)、分散性較大的結(jié)論。本項(xiàng)目分析斷裂韌性可靠度的置信區(qū)間變化規(guī)律，隨置信度γ的增加，中位數(shù)減小，裂紋敏感性增加，離散性減小，置信區(qū)間也隨之減小。鑒于試件尺寸大小不僅涉及到斷裂韌性的測(cè)試，而且影響測(cè)量值的大小和分散性，存在著尺寸關(guān)系和換算問(wèn)題。
- 詳細(xì)介紹：
- 復(fù)合生物陶瓷人工骨是一種新型生物材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床，如制作人造齒根、人造骨、骨充填材料等。脆性是其致命弱點(diǎn)，斷裂韌性是其重要的力學(xué)性能指標(biāo)，對(duì)于臨床應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值，具有較大的分散性，并且試件尺寸影響著測(cè)量值的大小和分散性。 本項(xiàng)目在介紹材料制備和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了分布擬合檢驗(yàn)，得到了試驗(yàn)數(shù)據(jù)服從尺度參數(shù)β=0.527369和形狀參數(shù)α=5.24317的二參數(shù)威布爾分布、裂紋敏感性較強(qiáng)、分散性較大的結(jié)論以及斷裂韌性可靠度的置信區(qū)間變化規(guī)律。限于試驗(yàn)條件，試驗(yàn)僅用了較小的試件。鑒于試件尺寸的大小不僅涉及到斷裂韌性的測(cè)試問(wèn)題，而且影響到測(cè)量值的大小和分散性，存在著尺寸關(guān)系和換算問(wèn)題。本項(xiàng)目在討論威布爾分布概率特性的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，提出了尺寸效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)模型，為斷裂韌性的測(cè)試探討了新的思路和可能性。 實(shí)際應(yīng)用價(jià)值是：可以方便地選用適當(dāng)尺寸的試件進(jìn)行斷裂韌性測(cè)試，并根據(jù)尺寸效應(yīng)預(yù)測(cè)其實(shí)際斷裂韌性數(shù)值，以便進(jìn)行可靠性分析。 現(xiàn)實(shí)意義是：對(duì)于一些由于尺寸問(wèn)題難以開展測(cè)試的情況，可以根據(jù)尺寸效應(yīng)，預(yù)測(cè)其實(shí)際斷裂韌性數(shù)值。 論文“The Experiment for the Fracture Toughness of the Compound Bioceramic and the Analysis for the Confidence Level of Its Reliability”已被EI檢索，其EI收錄號(hào)：20110313586378。 論文“The Statistic Analysis for the Behavior of the Fracture Toughness of the Compound Bioceramic Artificial Bone” 已被Artificial Organs 接受，并定于2011年10月刊出，其DOI號(hào)為10.1111/j.1525-1594.2011.01232.x. Artificial Organs為SCI刊源，其影響因子為1.827。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 作品撰寫的目的：通過(guò)對(duì)復(fù)合生物陶瓷人工骨斷裂韌性的統(tǒng)計(jì)特性研究，進(jìn)行復(fù)合生物陶瓷人工骨斷裂韌性的可靠性分析和研究，并探討斷裂韌性的尺寸效應(yīng)問(wèn)題。 作品撰寫的基本思路：在對(duì)復(fù)合生物陶瓷人工骨材料制備和斷裂韌性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分布擬合檢驗(yàn)，討論其統(tǒng)計(jì)分布，分析其可靠度和置信區(qū)間，并通過(guò)威布爾分布的統(tǒng)計(jì)模型及理論推導(dǎo)，對(duì)其斷裂韌性測(cè)試的尺寸效應(yīng)進(jìn)行分析研究。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1. 復(fù)合生物陶瓷人工骨斷裂韌性試驗(yàn)數(shù)據(jù)服從二參數(shù)威布爾分布。 2. 根據(jù)置信限等同性原理，求得考慮可靠度和置信度時(shí)復(fù)合生物陶瓷材料斷裂韌性的數(shù)值和置信區(qū)間，從而可以對(duì)其進(jìn)行可靠性分析和研究。 3. 通過(guò)威布爾分布的統(tǒng)計(jì)模型，分析復(fù)合生物陶瓷人工骨斷裂韌性的尺寸效應(yīng)問(wèn)題，從而解釋并解決試件尺寸對(duì)斷裂韌性測(cè)試的影響問(wèn)題。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1. 對(duì)于正確合理使用復(fù)合生物陶瓷人工骨，進(jìn)一步改善其力學(xué)性能具有重要理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 2. 通過(guò)威布爾分布統(tǒng)計(jì)模型分析復(fù)合生物陶瓷人工骨斷裂韌性的尺寸效應(yīng)問(wèn)題。 實(shí)際應(yīng)用價(jià)值是：可以方便地選用適當(dāng)尺寸試件進(jìn)行斷裂韌性測(cè)試，并根據(jù)尺寸效應(yīng)預(yù)測(cè)其實(shí)際斷裂韌性數(shù)值，以便進(jìn)行可靠性分析。 現(xiàn)實(shí)意義是：對(duì)于一些由于尺寸問(wèn)題，難以開展測(cè)試情況，可以根據(jù)尺寸效應(yīng)，預(yù)測(cè)其實(shí)際斷裂韌性數(shù)值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 復(fù)合生物陶瓷人工骨是一種新型生物材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床。斷裂韌性的統(tǒng)計(jì)性能對(duì)于臨床應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。論文在介紹材料制備和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了分布擬合檢驗(yàn)，得到了試驗(yàn)數(shù)據(jù)服從尺度參數(shù)β=0.527369和形狀參數(shù)α=5.24317的二參數(shù)威布爾分布以及裂紋敏感性較強(qiáng)、分散性較大的結(jié)論。論文分析了斷裂韌性可靠度的置信區(qū)間變化規(guī)律，隨置信度γ的增加，中位數(shù)減小，裂紋敏感性增加，離散性減小，置信區(qū)間也隨之減小。限于試驗(yàn)條件，試驗(yàn)僅用了較小的試件。鑒于試件尺寸的大小不僅涉及到斷裂韌性的測(cè)試，而且影響測(cè)量值的大小和分散性，存在著尺寸關(guān)系和換算問(wèn)題。論文在威布爾分布概率特性的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，提出了尺寸效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)模型，為斷裂韌性的測(cè)試探討了新的思路和可能性。
獲獎(jiǎng)情況
- 1. 論文“The Experiment for the Fracture Toughness of the Compound Bioceramic and the Analysis for the Confidence Level of Its Reliability” 發(fā)表于國(guó)際會(huì)議“2010 International Conference on Frontiers of Manufacturing and Design Science”，并且已被EI，ISTP檢索，下附由工程索引（EI）收錄證明，EI收錄號(hào)：20110313586378。 2. 論文“The Statistic Analysis for the Behavior of the Fracture Toughness of the Compound Bioceramic Artificial Bone” 已被國(guó)際期刊Artificial Organs 接受，并將定于2011年10月刊出。其DOI號(hào)為10.1111/j.1525-1594.2011.01232.x.國(guó)際期刊Artificial Organs為SCI刊源，其影響因子為1.827。 下附Artificial Organs 主編Paul S. Malchesky 簽名的錄用通知書。 3. 該作品獲得了本省2011大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽省級(jí)一等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 1.EI收錄號(hào)：20110313586378。 2.Artificial Organs(影響因子1.827)錄用,DOI：10.1111/j.1525-1594.2011.01232.x.
參考文獻(xiàn)
- 1. 趙士芳等 羥基磷灰石陶瓷在牙槽嵴增高術(shù)中的應(yīng)用, 口腔醫(yī)學(xué) 1989,9(4):174 2. 趙士芳等 生物陶瓷復(fù)合材料的理化性能測(cè)定, 口腔材料器械雜志 1992;1(2):68-70 3. Rubin LR. Biomaterials in Reconstructive Surgery. London: Mosby Company. 1983.278 4. 文宏光等 復(fù)合生物陶瓷斷裂韌度的測(cè)試研究 力學(xué)與工程 云南科技出版社 1994, 12:145-147 5. 傅惠民 高鎮(zhèn)同 徐人平，三參數(shù)威布爾分布的置信限 航空學(xué)報(bào) 1992,13(3);153-162 6. 傅惠民 徐人平，任意連續(xù)分布的置信限 北京航空航天大學(xué)科學(xué)研究報(bào)告 BH-B4034,1991 7. Walpole RE, Myers RH, Myers SL, Ye K. Probability & Statistics for Engineers & Scientists. Beijing: Pearson Education Asia Limited and Tsinghua University Press, 2004 8. Jiang S, Kececioglu D. Graphical Representation of Two Mixed-Weibull Distribution. IEEE Trans Reliability 1992;41:241–7 9. Li YM. A General Linear-regression Analysis Applied to the 3-parameter Weibull Distribution. IEEE Trans Reliability 1994;43:255–63 10. Webster TJ, Ahn ES. Nanostructured Biomaterials for Tissue Engineering Bone. Advs Biochemical Engineering/Biotechnology 2006;103:275–308
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外尚無(wú)任何關(guān)于用復(fù)合生物陶瓷人工骨斷裂韌性的相關(guān)研究。 金屬材料和脆性材料的斷裂韌性問(wèn)題已經(jīng)得到了廣泛地研究并且有較成熟的思路和方法。近年來(lái)，復(fù)合生物陶瓷人工骨是一種新型生物材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床，如制作人造齒根、人造骨、骨充填材料等。但脆性大和裂紋敏感性強(qiáng)是其致命弱點(diǎn)，斷裂韌性是其重要的力學(xué)性能指標(biāo)，對(duì)于臨床應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。我們將研究金屬材料和脆性材料斷裂韌性的方法用于研究復(fù)合生物陶瓷人工骨的斷裂韌性問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外研究概況如下： 1.臨床應(yīng)用和理化測(cè)定方面 趙士芳等介紹了復(fù)合生物陶瓷在牙槽嵴增高術(shù)中的應(yīng)用和其材料理化性能的測(cè)定；2006年Webster TJ和Ahn ES討論了組織工程骨的納米生物材料；2007年Carter CB 和Norton MG介紹了陶瓷材料在科學(xué)和工程方面的應(yīng)用；Ishihara S等研究了骨水泥的壽命和疲勞裂紋生長(zhǎng)特性。 2.斷裂韌性測(cè)試方面 1994年文宏光等研究復(fù)合生物陶瓷的斷裂韌性測(cè)定問(wèn)題。 3.統(tǒng)計(jì)和可靠性方面 傅惠民等給出了三參數(shù)威布爾分布的置信限和任意連續(xù)分布的置信限；Jiang S和Kececioglu D給出了二參數(shù)威布爾分布的圖形表示；Li YM給出了三參數(shù)威布爾分布的一般線性回歸分析。 本研究成果已被SCI刊源，影響因子為1.827的國(guó)際期刊Artificial Organs 錄用，并定于2011年10月刊出。（附Artificial Organs 主編Paul S. Malchesky 簽名的錄用通知書。）
