【摘要】： 口腔修復(fù)體的優(yōu)化設(shè)計和預(yù)期使用壽命一直是口腔修復(fù)學(xué)的重要研究內(nèi)容。以往研究多是采用單因素、確定數(shù)值的分析方法(如測試標(biāo)準(zhǔn)材料試件的靜力斷裂極限值等),而修復(fù)體在實際行使功能過程中發(fā)生的損壞是多因數(shù)(如口腔環(huán)境、周期性咬合力、材料形態(tài)和性能等)共同作用的結(jié)果,且具有隨機性,是個概率事件�？煽啃岳碚摲治鍪且环N基于概率統(tǒng)計與數(shù)值計算的系統(tǒng)研究方法,它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、電子、航空航天等行業(yè)。若將可靠性分析理論應(yīng)用于義齒的優(yōu)化設(shè)計以及壽命預(yù)測,充分考慮口腔內(nèi)各種隨機因素的影響,將使分析能更接近于臨床實際。牙科陶瓷具有與天然牙相似的色澤和半透明性、生物相容性、抗腐蝕、抗老化,以及耐磨等性能。隨著人們審美需求的不斷提高,全瓷修復(fù)己發(fā)展成為口腔修復(fù)的主要趨勢之一。但是在臨床上,全瓷修復(fù)體在反復(fù)咀嚼功能狀態(tài)下,常常表現(xiàn)出并不令人滿意的遠期效果。因此,本研究考慮全瓷冠的物理參數(shù)和所受載荷的隨機性,建立了全瓷冠可靠性分析模型。利用可靠性理論中的應(yīng)力-強度干涉理論,對循環(huán)咀嚼力荷載下的全瓷冠的疲勞強度可靠性進行初步分析,從而摸索出一套全瓷冠機械強度可靠性分析方法,為今后開展各類口腔修復(fù)體的可靠性研究打下基礎(chǔ)。 本文采用逆向工程技術(shù),結(jié)合Geomagic Studio、CATIA V5、及ALGOR V19軟件建立下頜第一磨牙全瓷冠可靠性分析模型;借助ALGOR有限元軟件中的Fatigue Wizard疲勞分析模塊對全瓷冠最易發(fā)生疲勞破壞的部位進行壽命預(yù)測及安全評定;借鑒機械結(jié)構(gòu)可靠度理論,確定全瓷冠疲勞可靠性分析中所需要的各參數(shù);通過查閱文獻及應(yīng)用概率統(tǒng)計的方法獲取日常咀嚼荷載譜、瓷材料S-N曲線、瓷材料疲勞極限曲線;采用正態(tài)-正態(tài)模型下的應(yīng)力-強度干涉理論對全瓷冠疲勞強度可靠度進行計算,并觀察材料的疲勞極限強度與全瓷冠的可靠度隨時間的變化,并對其機理進行分析。實驗結(jié)果為: 1.本研究采用3DSS激光掃描系統(tǒng)對模型進行掃描,所得到外形特征精確,又不破壞標(biāo)本的完整性。CATIA V5建立的基牙與全瓷冠的實體模型具有很高的幾何相似性和力學(xué)相似性,比較符合實際情況,因而能正確地反映所需要研究的臨床問題。 2.建立了下頜第一磨牙基牙預(yù)備后的精細的三維模型,網(wǎng)格劃分后的三維模型共有節(jié)點119924個,單元184986個。 3.靜力分析顯示最易發(fā)生破壞的部位為施加荷載的表面,其次為全瓷冠的頸部;全瓷冠的最大主應(yīng)力為32.25MPa;全瓷冠的最大主應(yīng)力出現(xiàn)在荷載加載部位,即日常咀嚼力作用下此處最易發(fā)生疲勞破壞,此外近中頸部邊緣應(yīng)力值也較大。 4.經(jīng)過ALGOR軟件中的Fatigue Wizard分析模塊進行模擬,設(shè)定全瓷冠預(yù)期壽命為10E+7,得到其安全系數(shù)最小為1.41;通過疲勞壽命(Log10壽命)曲線可以查取壽命最小的200個節(jié)點信息,約有60個節(jié)點的壽命小于10E+7次。安全系數(shù)最小的是編號為753的節(jié)點,位置位于加載區(qū)域內(nèi),其安全系數(shù)的無修正值、Goodman修正值分別為2.05, 1.41。 5. Shofu Vintage材料的S-N曲線經(jīng)過曲線擬合后所得的應(yīng)力-壽命曲線方程為ln(load)=ln(684.056)-0.041*lnN;根據(jù)疲勞極限曲線與Hertzian接觸理論,計算得出Shofu Vintage瓷材料1年, 5年, 10年, 15年, 20年的疲勞極限強度95%可信區(qū)間分別為46.941MPa～58.886MPa, 45.021 MPa～56.619MPa, 44.191MPa～55.629MPa, 43.726MPa～55.096MPa, 43.443MPa～54.657MPa。 6.通過應(yīng)力-強度干涉理論,計算得1年, 5年, 10年, 15年, 20年時全瓷冠疲勞強度可靠度指標(biāo)分別為2.29, 2.06, 1.96, 1.91, 1.87;對應(yīng)的可靠度分別為98.89%, 98.03%, 97.50%, 97.13%, 96.93%。材料的疲勞強度和可靠度隨時間呈降低趨勢。 通過以上實驗結(jié)果可以得到以下結(jié)論: 1.本文采用逆向工程技術(shù),使用3DSS彩色結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng),結(jié)合Geomagic Studio、CATIA V5及ALGOR V19軟件建立下頜第一磨牙全瓷冠可靠性分析模型。通過ALGOR軟件對周期性咬合力作用下的全瓷冠進行了靜力學(xué)分析以及疲勞強度分析,確定了全瓷冠易發(fā)生疲勞破壞的部位,并對全瓷冠進行了安全評定,疲勞分析表明全瓷冠的疲勞性能可以滿足設(shè)計要求。得到其最易發(fā)生疲勞破壞的位置為咬合面加載區(qū)域�；谝陨涎芯拷⒘艘惶兹晒谄趶姸确治龅哪Ｐ�,為今后開展其他修復(fù)體的疲勞分析打下了基礎(chǔ)。 2.通過對全瓷冠外部交變荷載作用和陶瓷材料的疲勞抗力強度進行統(tǒng)計分析,并應(yīng)用可靠性理論中的應(yīng)力-強度干涉理論對全瓷冠的疲勞強度進行了分析。陶瓷材料的疲勞極限強度與全瓷冠的疲勞強度可靠度隨著時間呈明顯的遞減趨勢,但始終維持在一個較高水平。將基于概率論和數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)的可靠性理論應(yīng)用于口腔修復(fù)學(xué)領(lǐng)域,是一次探索性研究,以期為可靠度理論進一步應(yīng)用于其他口腔修復(fù)體的分析探索道路。
【圖文】：

他們的概率密度函數(shù)分別為fs(·)和fr(·)。定義可靠度（安全概Pr和失效（不安全）概率Pf，Pr+Pf=1。按同一尺寸將S和r的密度函數(shù)繪一坐標(biāo)系中（如圖 1）。圖中兩函數(shù)曲線的重疊部分以陰影表示，稱為應(yīng)強度干涉區(qū)，即可能發(fā)生失效的區(qū)域。干涉面積越大，失效概率就越大。

做到r>S是不確定的，存在r<S的可能性，即結(jié)構(gòu)失效。結(jié)構(gòu)失效可小用概率表示就是失效概率凡(圖 2 中陰影線部分的面積)。失效概構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率。結(jié)構(gòu)能完成預(yù)定功能的概率稱為可靠結(jié)構(gòu)的可靠概率P，與失效概率凡之間有互補關(guān)系.
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：R783.3

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王曉珍;全瓷冠修復(fù)材料的疲勞可靠性分析[D];西安電子科技大學(xué);2011年

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本文編號：2592108