【摘要】：研究目的采用三維有限元分析法對(duì)下頜中切牙不同厚度瓷貼面在循環(huán)溫度與咬合力作用下的應(yīng)力分布進(jìn)行分析,研究在不同載荷條件下依照臨床治療方案所構(gòu)建的不同厚度瓷貼面模型的應(yīng)力值及應(yīng)力分布規(guī)律,以期在生物力學(xué)角度為瓷貼面牙體預(yù)備、制作提供依據(jù)。研究方法CBCT掃描離體下頜中切牙后通過Mimics18.0醫(yī)學(xué)圖像軟件、Geomagic Studio 2012軟件、Creo Parameric 4.0軟件中構(gòu)建下頜中切牙三維實(shí)體模型,在此基礎(chǔ)上建立下頜中切牙薄型、厚型瓷貼面實(shí)體模型。將各組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?dǎo)入有限元分析軟件Ansys Workbench中,進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分,設(shè)定實(shí)驗(yàn)假設(shè)、邊界條件和參數(shù),選擇Von Mises應(yīng)力、最大主應(yīng)力作為分析指標(biāo)進(jìn)行有限元分析。本實(shí)驗(yàn)條件分為以下三種:1.循環(huán)溫度設(shè)置口腔初始溫度為37℃,將每組模型的臨床牙冠外表面設(shè)定為溫度加載區(qū),為模擬熱液流負(fù)載,牙冠的外表面溫度在1s內(nèi)增加到60℃,然后在4s內(nèi)恢復(fù)至37℃。對(duì)于冷液流負(fù)載,在1s內(nèi)牙冠的外表面溫度降低到0℃,然后在4s內(nèi)恢復(fù)至37℃。2.循環(huán)咬合力正向加載方向與牙體長軸一致,加載位置選擇在切端。斜向加載方向從唇側(cè)斜向舌側(cè),與牙體長軸呈45°,加載位置選擇在切端偏唇方。加載方式選擇面加載,施加大小為150N,加載時(shí)間為0.2s,時(shí)間增量由軟件自動(dòng)確定,時(shí)間步數(shù)函數(shù)為正弦函數(shù):f(t)=150*sin[(1-t/0.2)*π]。3.循環(huán)溫度疊加循環(huán)咬合力通過有限元計(jì)算瓷貼面在循環(huán)溫度疊加循環(huán)咬合力作用下的應(yīng)力情況,計(jì)算量大且耗時(shí),本實(shí)驗(yàn)決定僅對(duì)厚型瓷貼面模型進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)兩個(gè)過程的時(shí)間,本實(shí)驗(yàn)條件擬在5s溫度循環(huán)內(nèi)疊加25個(gè)咬合力循環(huán)。結(jié)果1.實(shí)驗(yàn)條件一:循環(huán)溫度作用下的受力分析(1)瓷貼面Von Mises應(yīng)力值在低溫循環(huán)作用下均大于高溫循環(huán)作用下,且變化規(guī)律基本一致,在前1s溫度上升或下降過程中,應(yīng)力值不斷增大。在溫度恢復(fù)過程中,應(yīng)力值出現(xiàn)先下降后上升最后逐漸下降的變化規(guī)律。(2)對(duì)于整體模型,在舌側(cè)產(chǎn)生更大的溫度改變,舌側(cè)的Von Mises應(yīng)力峰值大于唇側(cè)。(3)在低溫循環(huán)作用下,瓷貼面唇側(cè)中央為拉應(yīng)力集中區(qū),最大主應(yīng)力(拉應(yīng)力)峰值大于高溫循環(huán)作用下。且應(yīng)力峰值均小于該材料的抗彎強(qiáng)度。(4)在低溫循環(huán)作用下,整體模型的臨床牙冠部主要受拉應(yīng)力,舌側(cè)為拉應(yīng)力集中區(qū)。在高溫循環(huán)下,整體模型的臨床牙冠部拉應(yīng)力較小,舌側(cè)中央為壓應(yīng)力集中區(qū)。(5)在低溫循環(huán)和高溫循環(huán)作用下,薄型瓷貼面和厚型瓷貼面的Von Mises應(yīng)力峰值差別不大,最大主應(yīng)力(拉應(yīng)力)峰值差別較大,薄型瓷貼面的應(yīng)力峰值大于厚型瓷貼面。2.實(shí)驗(yàn)條件二:循環(huán)咬合力作用下的受力分析(1)薄型、厚型瓷貼面在正向、斜向循環(huán)咬合力作用下,瓷貼面的Von Mises應(yīng)力值、最大主應(yīng)力值均隨時(shí)間呈正弦連續(xù)變化。(2)瓷貼面切端及頸緣部位為應(yīng)力集中區(qū),此部位易發(fā)生折裂。(3)循環(huán)咬合力作用對(duì)不同厚度瓷貼面的應(yīng)力影響較大,其中薄型瓷貼面應(yīng)力值較大,在使用過程中更容易折裂。(4)模擬前伸咬合時(shí)更容易造成瓷貼面應(yīng)力集中進(jìn)而造成其折裂。(5)在斜向循環(huán)咬合力下,薄型、厚型瓷貼面的頸緣為拉應(yīng)力集中區(qū),最大拉應(yīng)力峰值較大但幾乎無差別。在正向循環(huán)咬合力下,薄型、厚型瓷貼面的切端加載區(qū)周圍為拉應(yīng)力集中區(qū),最大拉應(yīng)力較小。(6)不論是薄型還是厚型瓷貼面,在兩種載荷條件的應(yīng)力峰值均小于瓷材料的應(yīng)力極值。3.實(shí)驗(yàn)條件三:循環(huán)溫度疊加循環(huán)咬合力作用下的受力分析(1)在高溫循環(huán)下,疊加正向循環(huán)載荷時(shí),瓷貼面的Von Mises應(yīng)力峰值達(dá)到31.653MPa,增加63%;疊加斜向循環(huán)載荷時(shí),瓷貼面的Von Mises應(yīng)力峰值達(dá)到52.052MPa,增加1670%。同樣,在低溫循環(huán)下,疊加正向循環(huán)載荷時(shí),瓷貼面的Von Mises應(yīng)力峰值達(dá)到37.507MPa,增加20%;當(dāng)疊加斜向循環(huán)載荷時(shí),瓷貼面的Von Mises應(yīng)力峰值達(dá)到43.152MPa,增加38%。(2)在不同溫度條件下,瓷貼面應(yīng)力集中部位的變化規(guī)律及分布情況基本一致。當(dāng)疊加正向循環(huán)載荷后,應(yīng)力在唇側(cè)中央的應(yīng)力集中面積加大且逐漸向頸緣轉(zhuǎn)移,在舌側(cè)切端轉(zhuǎn)折處應(yīng)力集中增強(qiáng)且舌側(cè)應(yīng)力集中面積加大。疊加斜向循環(huán)載荷時(shí),瓷貼面在唇舌側(cè)頸緣處應(yīng)力集中。(3)在低溫循環(huán)疊加正向循環(huán)咬合力作用時(shí),厚型瓷貼面唇側(cè)中央為拉應(yīng)力集中區(qū),最大拉應(yīng)力峰值為29.546MPa。當(dāng)高溫循環(huán)疊加正向循環(huán)咬合力作用時(shí),鄰面接觸區(qū)為拉應(yīng)力集中區(qū),拉應(yīng)力較小,為9.2235MPa。當(dāng)?shù)蜏匮h(huán)疊加斜向循環(huán)咬合力時(shí),厚型瓷貼面唇側(cè)中央及頸緣部為拉應(yīng)力集中區(qū),最大拉應(yīng)力峰值為47.677MPa。當(dāng)高溫循環(huán)疊加斜向循環(huán)咬合力時(shí),厚型瓷貼面唇側(cè)應(yīng)力分布均勻,舌側(cè)切端轉(zhuǎn)折為應(yīng)力集中區(qū),最大拉應(yīng)力峰值為25.214MPa。(4)在溫度循環(huán)范圍內(nèi),隨著循環(huán)咬合力次數(shù)的增多,瓷貼面的應(yīng)力值隨溫度升高或下降達(dá)到應(yīng)力峰值,然后在溫度恢復(fù)過程中,應(yīng)力峰值逐漸達(dá)到穩(wěn)定。結(jié)論1.口腔中不斷變化的溫度會(huì)引起修復(fù)體產(chǎn)生熱應(yīng)力的效果,在低溫循環(huán)中產(chǎn)生的熱應(yīng)力高于高溫循環(huán)中。瓷貼面在低溫循環(huán)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大,瓷材料耐受拉應(yīng)力的性能較差,說明瓷貼面在低溫環(huán)境下發(fā)生失效斷裂的可能性較大。循環(huán)溫度對(duì)不同厚度瓷貼面應(yīng)力分布有影響,薄型瓷貼面的應(yīng)力峰值大于厚型瓷貼面。單純溫度變化引起的應(yīng)力造成修復(fù)體斷裂的可能性較小,其中薄型瓷貼面在低溫循環(huán)作用下發(fā)生破壞的風(fēng)險(xiǎn)最高。2.循環(huán)咬合力對(duì)不同厚度瓷貼面的應(yīng)力影響較大,其中薄型瓷貼面應(yīng)力值較大。瓷貼面切端及頸緣部位為應(yīng)力集中區(qū),容易發(fā)生折裂。前伸(牙合)更容易造成瓷貼面應(yīng)力集中進(jìn)而造成其折裂。因此在臨床應(yīng)用中,應(yīng)注意瓷貼面厚度及頸緣的設(shè)計(jì)與制作,尤其注意前伸(牙合)的調(diào)整。3.在單獨(dú)循環(huán)溫度、循環(huán)咬合力作用下瓷貼面幾乎沒有破壞的可能,但循環(huán)咬合力與循環(huán)溫度有一定的聯(lián)合作用。兩者共同作用會(huì)增加瓷貼面失敗的風(fēng)險(xiǎn)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R783
【圖文】：

應(yīng)不同的灰度值，設(shè)定閾值，識(shí)別牙體、牙釉質(zhì)及牙髓腔。運(yùn)用蒙板工具、區(qū)域逡逑生長工具及模板編輯工具識(shí)取具有相似灰度特征的目標(biāo)，如圖１所示。獲得精修逡逑前的下頜中切牙三維實(shí)體模型，如圖２所示。逡逑１５逡逑

進(jìn)行初步平滑，對(duì)于毛刺部分，用砂紙打磨，反復(fù)運(yùn)用這兩種方法，直到模型表逡逑面平整光滑為止。然后進(jìn)行構(gòu)造曲面片及構(gòu)造格柵處理，最后進(jìn)行擬合曲面并生逡逑成體，將以上曲面重構(gòu)的牙體各部分的實(shí)體模型以ＩＧＥＳ格式保存，如圖３所示。逡逑１６逡逑

質(zhì)界根方２ｍｍ處建立部分牙槽骨結(jié)構(gòu)，松質(zhì)骨被建模為一個(gè)在皮質(zhì)骨里的堅(jiān)實(shí)立逡逑體結(jié)構(gòu)，頰舌向尺寸１0匪，近遠(yuǎn)中向尺寸１２灥，皮質(zhì)骨厚度為２ｍｍ，建立０．２ｍｍ逡逑厚牙周膜包繞牙根［１８’１９：，如圖４所示。逡逑．邐＾邋＼ｍｎ逡逑＾邋—ｔｔ逡逑——＾灥逡逑？邐＾牙釉？逡逑＾＂＊＊＊＊＾邋．邋Ｉ邋ｉ．逡逑圖４天然牙的三維實(shí)體模型逡逑１７逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2749863