基本信息
- 项目名称：
- 复合生物陶瓷人工骨断裂韧性统计性能分析研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 复合生物陶瓷人工骨是一种新型生物材料。断裂韧性统计性能对于临床应用具有重要的参考价值。本项目在介绍材料制备和试验的基础上，进行了分布拟合检验，得到裂纹敏感性较强、分散性较大的结论。本项目分析断裂韧性可靠度的置信区间变化规律，随置信度γ的增加，中位数减小，裂纹敏感性增加，离散性减小，置信区间也随之减小。鉴于试件尺寸大小不仅涉及到断裂韧性的测试，而且影响测量值的大小和分散性，存在着尺寸关系和换算问题。
- 详细介绍：
- 复合生物陶瓷人工骨是一种新型生物材料，广泛应用于医学临床，如制作人造齿根、人造骨、骨充填材料等。脆性是其致命弱点，断裂韧性是其重要的力学性能指标，对于临床应用具有重要的参考价值，具有较大的分散性，并且试件尺寸影响着测量值的大小和分散性。 本项目在介绍材料制备和试验的基础上，进行了分布拟合检验，得到了试验数据服从尺度参数β=0.527369和形状参数α=5.24317的二参数威布尔分布、裂纹敏感性较强、分散性较大的结论以及断裂韧性可靠度的置信区间变化规律。限于试验条件，试验仅用了较小的试件。鉴于试件尺寸的大小不仅涉及到断裂韧性的测试问题，而且影响到测量值的大小和分散性，存在着尺寸关系和换算问题。本项目在讨论威布尔分布概率特性的基础上，通过数学推导，提出了尺寸效应的统计模型，为断裂韧性的测试探讨了新的思路和可能性。 实际应用价值是：可以方便地选用适当尺寸的试件进行断裂韧性测试，并根据尺寸效应预测其实际断裂韧性数值，以便进行可靠性分析。 现实意义是：对于一些由于尺寸问题难以开展测试的情况，可以根据尺寸效应，预测其实际断裂韧性数值。 论文“The Experiment for the Fracture Toughness of the Compound Bioceramic and the Analysis for the Confidence Level of Its Reliability”已被EI检索，其EI收录号：20110313586378。 论文“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号为10.1111/j.1525-1594.2011.01232.x. Artificial Organs为SCI刊源，其影响因子为1.827。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品撰写的目的：通过对复合生物陶瓷人工骨断裂韧性的统计特性研究，进行复合生物陶瓷人工骨断裂韧性的可靠性分析和研究，并探讨断裂韧性的尺寸效应问题。 作品撰写的基本思路：在对复合生物陶瓷人工骨材料制备和断裂韧性试验的基础上，进行分布拟合检验，讨论其统计分布，分析其可靠度和置信区间，并通过威布尔分布的统计模型及理论推导，对其断裂韧性测试的尺寸效应进行分析研究。
科学性、先进性及独特之处
- 1. 复合生物陶瓷人工骨断裂韧性试验数据服从二参数威布尔分布。 2. 根据置信限等同性原理，求得考虑可靠度和置信度时复合生物陶瓷材料断裂韧性的数值和置信区间，从而可以对其进行可靠性分析和研究。 3. 通过威布尔分布的统计模型，分析复合生物陶瓷人工骨断裂韧性的尺寸效应问题，从而解释并解决试件尺寸对断裂韧性测试的影响问题。
应用价值和现实意义
- 1. 对于正确合理使用复合生物陶瓷人工骨，进一步改善其力学性能具有重要理论意义和应用价值。 2. 通过威布尔分布统计模型分析复合生物陶瓷人工骨断裂韧性的尺寸效应问题。 实际应用价值是：可以方便地选用适当尺寸试件进行断裂韧性测试，并根据尺寸效应预测其实际断裂韧性数值，以便进行可靠性分析。 现实意义是：对于一些由于尺寸问题，难以开展测试情况，可以根据尺寸效应，预测其实际断裂韧性数值。
学术论文摘要
- 复合生物陶瓷人工骨是一种新型生物材料，广泛应用于医学临床。断裂韧性的统计性能对于临床应用具有重要的参考价值。论文在介绍材料制备和试验的基础上，进行了分布拟合检验，得到了试验数据服从尺度参数β=0.527369和形状参数α=5.24317的二参数威布尔分布以及裂纹敏感性较强、分散性较大的结论。论文分析了断裂韧性可靠度的置信区间变化规律，随置信度γ的增加，中位数减小，裂纹敏感性增加，离散性减小，置信区间也随之减小。限于试验条件，试验仅用了较小的试件。鉴于试件尺寸的大小不仅涉及到断裂韧性的测试，而且影响测量值的大小和分散性，存在着尺寸关系和换算问题。论文在威布尔分布概率特性的基础上，通过数学推导，提出了尺寸效应的统计模型，为断裂韧性的测试探讨了新的思路和可能性。
获奖情况
- 1. 论文“The Experiment for the Fracture Toughness of the Compound Bioceramic and the Analysis for the Confidence Level of Its Reliability” 发表于国际会议“2010 International Conference on Frontiers of Manufacturing and Design Science”，并且已被EI，ISTP检索，下附由工程索引（EI）收录证明，EI收录号：20110313586378。 2. 论文“The Statistic Analysis for the Behavior of the Fracture Toughness of the Compound Bioceramic Artificial Bone” 已被国际期刊Artificial Organs 接受，并将定于2011年10月刊出。其DOI号为10.1111/j.1525-1594.2011.01232.x.国际期刊Artificial Organs为SCI刊源，其影响因子为1.827。 下附Artificial Organs 主编Paul S. Malchesky 签名的录用通知书。 3. 该作品获得了本省2011大学生课外学术科技作品竞赛省级一等奖。
鉴定结果
- 1.EI收录号：20110313586378。 2.Artificial Organs(影响因子1.827)录用,DOI：10.1111/j.1525-1594.2011.01232.x.
参考文献
- 1. 赵士芳等 羟基磷灰石陶瓷在牙槽嵴增高术中的应用, 口腔医学 1989,9(4):174 2. 赵士芳等 生物陶瓷复合材料的理化性能测定, 口腔材料器械杂志 1992;1(2):68-70 3. Rubin LR. Biomaterials in Reconstructive Surgery. London: Mosby Company. 1983.278 4. 文宏光等 复合生物陶瓷断裂韧度的测试研究 力学与工程 云南科技出版社 1994, 12:145-147 5. 傅惠民 高镇同 徐人平，三参数威布尔分布的置信限 航空学报 1992,13(3);153-162 6. 傅惠民 徐人平，任意连续分布的置信限 北京航空航天大学科学研究报告 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
同类课题研究水平概述
- 国内外尚无任何关于用复合生物陶瓷人工骨断裂韧性的相关研究。 金属材料和脆性材料的断裂韧性问题已经得到了广泛地研究并且有较成熟的思路和方法。近年来，复合生物陶瓷人工骨是一种新型生物材料，广泛应用于医学临床，如制作人造齿根、人造骨、骨充填材料等。但脆性大和裂纹敏感性强是其致命弱点，断裂韧性是其重要的力学性能指标，对于临床应用具有重要的参考价值。我们将研究金属材料和脆性材料断裂韧性的方法用于研究复合生物陶瓷人工骨的断裂韧性问题。国内外研究概况如下： 1.临床应用和理化测定方面 赵士芳等介绍了复合生物陶瓷在牙槽嵴增高术中的应用和其材料理化性能的测定；2006年Webster TJ和Ahn ES讨论了组织工程骨的纳米生物材料；2007年Carter CB 和Norton MG介绍了陶瓷材料在科学和工程方面的应用；Ishihara S等研究了骨水泥的寿命和疲劳裂纹生长特性。 2.断裂韧性测试方面 1994年文宏光等研究复合生物陶瓷的断裂韧性测定问题。 3.统计和可靠性方面 傅惠民等给出了三参数威布尔分布的置信限和任意连续分布的置信限；Jiang S和Kececioglu D给出了二参数威布尔分布的图形表示；Li YM给出了三参数威布尔分布的一般线性回归分析。 本研究成果已被SCI刊源，影响因子为1.827的国际期刊Artificial Organs 录用，并定于2011年10月刊出。（附Artificial Organs 主编Paul S. Malchesky 签名的录用通知书。）
