Fractal Analysis of Ceramic FPDs

陶瓷 FPD 的分形分析

基本信息

  • 批准号:
    8839510
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-08-03 至 2020-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The fracture surfaces of ceramic prostheses can be characterized using fractal geometry to provide a wealth of information about the material properties and the conditions that were present at the time of failure. This potentially useful too is not widely employed because the current methods of fractal analysis are labor intensive, technique sensitive, and statistically biased. Our team has developed a new failure analysis method. It is an automated, unbiased method of rapidly and precisely measuring the fractal dimensional increment (D*) of fracture surfaces. The proposed project aims to validate this tool as an enabling technology to allow (1) determination of the failure origin in multilayered structures and (2) determination of material fracture toughness, both of which are useful in improving material processing. Furthermore, prior work leads us to hypothesize that both (1) and (2) can be determined from analyzing the D* of any fragment of a broken prosthesis - even when the failure origin has been lost or damaged. In addition, when the critical flaw is visible on the fracture surface, we should be able to estimate the stress at failure, which will be useful in diagnosing parafunction and/or the presence of an atypical residual stress. We will test the accuracy of this technique by comparing our results on two benchmark materials (silica glass and NIST standardized Si3N4) to the values in the literature for the same materials. We will test the utility of this technique by verifying our ability to detect which of three commercially availale dental ceramics is the failure origin in bilayered specimens (glass-ceramic veneered with porcelain, zirconia veneered with porcelain, and zirconia veneered with glass-ceramic). There are three overall goals of the proposed project: (1) Validate our innovative technique for use on monolithic and bilayered flexure beam specimens having a standard geometry with known failure stress levels. (2) Validate our innovative technique for use on all-ceramic fixed partial dentures (both crowns and three-unit FPDs). (3) Determine the effects of test conditions that deviate from the clinical case (monotonic vs. cyclic loading and wet vs. dry environment). The resulting information will have a high potential impact on the field of prosthodontics and may also be applicable to ceramic components used in orthopedic surgery and the automotive, aerospace, and semiconductor industries.
描述(由申请人提供):陶瓷假体的断裂表面可以使用分形几何来表征,以提供有关材料特性和失效时存在的条件的大量信息。这种潜在的有用性也没有被广泛采用,因为当前的分形分析方法是劳动密集型的、技术敏感的并且存在统计偏差。我们的团队开发了一种新的故障分析方法。它是一种自动化、无偏差的方法,可快速、精确地测量断裂表面的分形维数增量 (D*)。拟议项目旨在验证该工具作为一种使能技术,以允许(1)确定多层结构中的失效起源和(2)确定材料断裂韧性,这两者都有助于改进材料加工。此外,先前的工作使我们假设(1)和(2)都可以通过分析损坏假体的任何碎片的 D* 来确定 - 即使故障源已经丢失或损坏。此外,当关键缺陷在 通过断裂表面,我们应该能够估计失效时的应力,这将有助于诊断功能异常和/或是否存在非典型残余应力。我们将通过将两种基准材料(石英玻璃和 NIST 标准 Si3N4)的结果与相同材料的文献中的值进行比较来测试该技术的准确性。我们将通过验证我们检测三种市售牙科陶瓷中哪一种是双层样本(陶瓷贴面玻璃陶瓷、陶瓷贴面氧化锆和玻璃陶瓷贴面氧化锆)中失效根源的能力来测试该技术的实用性。拟议项目有三个总体目标:(1)验证我们的创新技术用于具有已知失效应力水平的标准几何形状的整体和双层挠性梁样本。 (2) 验证我们的创新技术可用于全瓷固定局部义齿(牙冠和三单元 FPD)。 (3) 确定偏离临床情况的测试条件的影响(单调与循环负载以及潮湿与干燥环境)。由此产生的信息将对口腔修复领域产生巨大的潜在影响,也可能适用于骨科手术以及汽车、航空航天和半导体行业中使用的陶瓷部件。

项目成果

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