有限元分析的影响种植牙在颌骨机械和热负荷条件

文摘

牙科植入物研究了多年来取代缺失的牙齿。植入的成功的条件之一是其稳定性和阻力下应用力和最小张力在周围骨头。本文的目的是计算和三维分析的下巴植入机械和热载荷作用下的有限元方法。为此,植入模拟(包括陶瓷冠、根、钛和颚骨)动态和热负荷在Abacus执行软件。在这种模拟,它被认为是颚骨是由两个区域,一个区域是肤浅的骨组织(皮层),另一部分是海绵组织。植入物通常由不同的金属或陶瓷的骨突结构与身体组织兼容。植入物目前钛金属制成的。因此,钛金属已被用于建模植入物在这个论文。植牙冠也被认为是作为陶瓷材料。在模拟,施加的压力的影响在颚骨植入。 In this simulation, mechanical force is applied to the upper part of the implant and force enters the jawbone through the implant, which causes tension at the junction of the implant to the jawbone. To investigate the effect of thermal loads, different temperature conditions are considered by considering the decrease in temperature and increase in temperature on the tooth surface and its effect on the implant and the jaw bone. After validation and ensuring the accuracy of the modeling, it has been observed that, with increasing mechanical load, the stresses created in all parts of the ceramic coating, titanium implants, and jawbone have increased. It is also observed that the stress created in the titanium implant due to the application of negative heat flux was about twice as much as the stress created due to the application of positive heat flux.

1。介绍

鉴于人体的重要性、类型和属性的重要性和影响植入的下巴,以及它对人体功能的影响,选择最佳参数的力学性能和生物相容性(与人体相容性)是至关重要的。同时,牙科植入物的功能及其影响颌骨是受到机械和热负荷的影响,这也是重要的和必要的研究这个问题。

因此,通过建模和分析的影响牙科植入颌骨上的机械和热负荷,以及考虑植入不同的属性,可以有一个详细的研究它的性能,这是非常重要的1- - - - - -3]。

我们可能会失去一个或多个牙齿因为各种各样的原因。没有一个或多个牙齿会造成问题,如失去美丽。有几个替代缺失的牙齿,其中牙科植入物是最好的选择。然而,各种原因,如无法抵御的力量和扭矩和不耐高温,在植入过程中会导致失败。牙科植体是一种钛螺丝,取代缺失的牙齿被插入到颚骨。牙科植入物可以整体或两件套,皇冠和根加入了一个螺丝。牙科植入物是一种替代shaven-tooth桥假肢,并引入这种疗法的主要目标(牙科植体)是确保未来不会剃掉或损坏牙齿由于桥基地。

它et al。4]研究了静态、动态、和疲劳行为的牙科植入物使用有限元方法。在这项研究中,一个动态负载应用到咬合的表面5秒和疲劳寿命计算基于古德曼,索德伯格,戈贝尔标准。他们发现·冯·米塞斯在动态加载最大应力大于静态加载。香港et al。5]研究线程最大应力变化的影响通过有限元分析骨和植入物。结果表明,螺距扮演着一个重要的角色在轴向载荷下的植入物的力量。Djebbae等人,田et al。6,7)获得了义齿应力分布的有限元方法。的压力,特别是移植骨交界处,是检查。他们发现力和加载方向的应力有很大的影响。黄等人,Dorogoy et al。8,9)用11种不同的有限元模型来研究植入体的应力分布和滑动。接触表面的摩擦类型。结果表明,在快速装车植入物,尤其是离轴载荷,强调周围的骨植入是非常高的。线程的数量和骨和植入物的接触表面增加,移植和骨的应力分布和滑动表面减少。关等人,Yazdi10,11)进行牙科植体位置的动态建模与仿真过程使用有限元方法。在这项研究中,通过分析不同深度位置的影响在松质骨和密集的骨头,发现增加放置深度增加的压力在浓密的骨头。的作者(12- - - - - -14]介绍了有限元分析的热植入物暴露在热。在这项研究中,通过观察热应力的结果,可以看出,热应力有小值,也是由于小温度变化复杂。最高压力与桥台,也是加强造成的转矩。作者在15,16)回顾了牙科植入物的机械设计要求,发现压缩加载稳定植入的颚骨和拉伸加载植入放松和剪切加载导致移植失败。创建粗糙表面还提高了植入和骨头之间的附着力。使用有限元方法,作者的17,18)研究的影响牙齿和颚骨植入接触模型最大植入应力。最大应力发生在颈部区域植入和连接点的致密骨斜向载荷作用下,根据应力分布。的作者(19,20.)利用有限元方法进行静态和动态分析,牙科植入物Abacus专家软件用于这个调查。几何建模,指定材料特性、边界条件、接触条件、加载和元素骨植入模拟都在Abacus程序完成的。将会有两个分析,每一个都有不同的力量。陶瓷帽受到100牛顿的力在45度角静态分析。所有插入动态分析与建模阶段400牛顿的力在0.01秒内,相同的静态分析。在静态分析中,冯米塞斯应力最高为82.5 MPa,但在动态分析,它为770.2 MPa。与动态分析,静态分析的最大应力降低。动态分析允许最大位移小于静态分析。的作者(21,22)利用有限元仿真评估mini-implants在真实的工作环境下的生物力学行为。应力分析两个不同质量的D2和D3颚骨三种类型的mini-implants都使用了有限元方法在本研究中由于短植入物放置在密闭空间的相关性之间的无齿的地区。三种Osteocare、戴奥和Dentis mini-implants包含在这个实验调查。桥台的最高的组件加载垂直力为100 N和100 N的侧向力45度角。

有限元分析软件被用来分析应力水平mini-implant和周围的骨头。研究结果显示中的•冯•米塞斯应力D3骨植入物比D2骨和皮质骨的应力水平高于松质骨。此外,所有的系统研究了相同的皮质骨应力分布。此外,最初的植入物植入中的线程最压力造成的脖子,但Osteocare mini-implant创建少紧张的骨头。拓扑优化技术在牙科植入物被[检查使用算盘的软件23- - - - - -25]。本文讨论了如何使用算盘软件优化牙科植体架构。的一种优化在Abacus软件拓扑优化。拓扑优化是一种数学方法来确定最好的材料结构在给定的空间分布形状。优化减少材料的重量,导致降低装配成本和时间。的作者(26- - - - - -28)利用有限元方法模拟牙科植入物组成的记忆材料的力学性能。一个示例现有牙科植入物,以及颚骨的一部分,在Abacus软件建模和静态评估的目的。最后,植入的应力水平与其他标准的材料制成的植入物。结果表明,利用记忆植入时,植入的压力值低于镍钛植入时使用。应力转移的数量从镍钛诺植入镍钛植入的颚骨也少的地区受到力和压力增加。的作者(29日,30.)使用有限元方法研究几何和力学特性对应力分布的影响牙科植体系统。研究结果表明,紧固至关重要的角度和一步提高植入物的稳定性和减少骨的压力。

多年来,牙科植入物研究了作为一种替代缺失的牙齿。植入成功的要求之一是其稳定性和抗压力,以及最小张力在周围骨头。这项工作的目的是利用有限元方法进行数值计算和三维分析植入机械和热载荷作用下的下巴。植入模拟(包含陶瓷冠、根、钛和颚骨)在Abacus程序执行动态和热负荷。这个模拟的颚骨分为两个部分:浅骨组织(皮质)和海绵组织。植入物通常是由金属或陶瓷的骨突结构和兼容的身体组织。目前,钛金属是用来使植入物31日]。因此,在这篇文章中,钛金属是用来模拟植入。还用于陶瓷物质植入冠。implant-induced菌株在颚骨的影响在这个仿真模拟。机械力的顶部部分植入和力量是应用于颚骨通过植入在这个仿真,导致压力和浓度的强调implant-jawbone结。不同温度设置调查调查热应力的影响,包括温度增加和减少,齿面,以及它们影响植入颌骨。高温钻井时都会出现公差颚骨或喝热的液体时,根据本研究的发现。因此,本研究的目的是使用有限元法进行数值分析和三维与植入物在机械和热负载下下巴。因此,我们推导出应力分布,应变和位移在建模的植入物的植入和颚骨和颚骨而考虑机械和热负荷,我们研究各种参数对它们的影响。

2。研究方法

2.1。建模软件

研究方法包括红蚂蚁的颚骨的几何模型进行建模的软件在两种状态:皮质和海绵。SolidWorks软件也用于构造几何模型的移植组和封面,然后插入到骨头。边界和力量属性和条件确定后将设计几何模型导入到有限元分析软件分析,然后评估模型和啮合后检查。机械和热负荷应用于模型有限元研究,和热负荷由于饮用冷热饮料应用于整个陶瓷涂层表面单位面积上的热通量的形式。元素的大小收敛于提高模拟结果的准确性。建模这一研究的结果也比较有效的文章进行验证的结果。下巴和植入物被假定是完美的接触在这项研究中,没有它们之间滑动。事实上,骨和钛植入连接,使用医学术语。一步是利用直接或隐含的分析,它是动态的。仿真方法是提供后阶段的建模和指定所需的问题在这个程序中完成一步一步Abacus不同模块的软件。

2.2。创建一个几何模型

软件建模问题的第一步是开发一个几何模型的问题。陶瓷冠的几何形状、钛根,和颚骨中描述数据1- - - - - -3为此,最初建模。这些零件的建模是三维,适应性强。

2.3。定义材料属性

植入的皇冠是陶瓷的构建,而根由Ti6Al4V钛金属,和颚骨分为两组:皮质和海绵。因此,机械性能如密度,杨氏模量,泊松比,和可塑性的品质,以及比热等热性能,确定每个提到的材料。Drucker-Prager塑料模型结合塑性损伤模型创建的陶瓷材料植入冠。金属植入物的根是同样受到约翰逊库克的损伤模型。约翰逊的颚骨也受益于库克的弹性和塑料的特点。表1显示植入组件的机械性能。

表2显示了骨的力学性能组件。

表3显示模型组件的热性能。

2.4。组装的零件

模型的不同部分,包括陶瓷冠、根、钛和颚骨位置相邻,因为这个原因他们的相对位置定义。图4描述了模型的部分被放在一起。

2.5。定义的类型分析

分析temp-displacement列为相连。这个问题显然认为解算器的类型。这个解决方案使用对角线元素的检查控制方程系统质量矩阵和显式一体化的法律。图5描述了软件的定义这种类型的分析大规模转换。

2.6。定义边界条件和载荷

颚骨的侧表面被认为是联合支持。的上表面陶瓷冠也一直受到两种形式的加载:机械和热。整个陶瓷冠的上表面是搭配了一个参考点在同一表面为了建立机械和热负荷,然后,预期的负载应用于这一点。上表面的皇冠,施加压缩力。三个不同值的压缩力一直在评估各种分析调查的力的影响在牙科植体的行为。上表面的热通量是交付给陶瓷冠提供热的负担。三个不同值的热流在各种调查分析研究热通量的影响在牙科植入物的行为。因此,Abacus软件是用于定义上述边界条件和加载。横向上的关节支持的颚骨被定义在图6。

图7显示了应用程序机械负载的压缩力的上表面。

热通量看到在图的应用8。值得注意的是,起始温度和周边环境都是27摄氏度。

2.7。啮合

模型的网格部分的形式六角网格的元素大小0.2毫米是考虑。Temperature-displacement耦合元素,明确图书馆,和二次几何秩序是家庭的元素之一,共有1986000个元素。节3,我们将研究网独立的元素。模型组相关性是描绘在图9。

3所示。分析的结果

3.1。检查网格的独立性

仿真结果为许多不同的元素大小进行了探讨,以确保元素和网格的结果是独立的。不同大小的模型元素表4显示最大输出压力值在陶瓷涂层。

可以观察到,结果几乎是一致的元素大小等于0.2毫米开始,表明分析结果是可靠的,解决方案与高度的准确性达到收敛。研究结果也显示出的数量和大小的独立元素和网格当使用这个元素的大小。结果,得出的各种发现已经使用这个元素的大小。

3.2。验证

比较了当前工作的结果和结果之间连接Niroumand和贾法里为了验证和评估建模和数值计算方法的准确性。表5显示当前的最大·冯·米塞斯应力调查并比较其结果健壮的和广泛的研究目标。这些值提供了模型的各种组件。表中的应力测量在帕斯卡。

因为有一个小的这项研究的结果和结果之间Niroumand和贾法里的出版物,得出当前模型是准确的和合法的。

3.3。压力的结果

三个不同的负载图10描述了陶瓷涂层的应力分布区域(2500 N, 5000 N, and7500)。

钛植入体的应力分布地区三个不同的加载如图11(2500 N, 5000 N, 7500 N)。

图12描述了骨的应力分布在三个不同负载下(2500 N, 5000 N, 7500 N)。

3.4。应变的结果

图13显示了陶瓷涂层截面应变分布的三种不同加载(2500 N, 5000 N, 7500)。

钛植入部分中的应变分布为三个不同的加载如图14(2500 N, 5000 N, 7500 N)。

图15显示了三种不同的应变分布的负载(2500 N, 5000 N, 7500 N)。

3.5。变形的结果

图16在陶瓷涂层部分显示了变形分布为三个不同的负载(2500 N, 5000 N, 7500)。

图17在钛植入部分显示了变形分布三种不同加载(2500 N, 5000 N, 7500 N)。

图18显示了骨变形的分布为三个不同的负载(2500 N, 5000 N, 7500 N)。

3.6。研究热通量的影响

表6显示温度的值在不同部分的模型中,由于正面和负面的热通量的应用。

表7显示了最大应力值造成的正面和负面的热通量在不同区域的模型。

4所示。结论

多年来,牙科植入物研究了作为一种替代缺失的牙齿。植入成功的要求之一是其稳定性和抗压力,以及最小张力在周围骨头。这项工作的目的是利用有限元方法进行数值计算和三维分析植入机械和热载荷作用下的下巴。植入模拟(包含陶瓷冠、根,钛和颚骨)动态和热负荷在Abacus为此项目做,后发现以下结果验证和保证的可靠性建模:(1)所有组件的菌株诱导陶瓷覆盖,钛植入体,颚骨机械负荷已经增加了。值得注意的是,相关显示的压力水平•冯•米塞斯应力结果,可以使用下面的公式计算: (2)压力的最高水平被认为在不同负载钛植入,而观察量最低的颚骨应力分布。(3)造成的压力在所有地区的陶瓷覆盖,钛植入体,颚骨已经随着机械负荷的增加。应该强调,相关报道应变值相对应的弹性应变应变项的总和,由以下方程: (4)发现,在不同的负载下,应变的最大值发生在钛植入和最低量发生在陶瓷覆盖由于应变分布。(5)陶瓷涂层的机械应力,钛植入体,和颚骨的增加,变形部分陶瓷涂层,钛植入体,颚骨上升。值得注意的是,的值呈现变形相关的变形结果。(6)的最大变形发生在陶瓷覆盖不同的权重下,最低数量发生在颚骨时,由于变形分布。(7)已经注意到,由于正、负热通量的影响,温度高的陶瓷涂层表面暴露在当前已经增加到48.5°C时积极应用热流和减少了23.48°C -热通量。此外,由于积极的热流,钛植入物的温度增加到42.73°C和减少到30.58°C -热通量。(8)当积极的热通量是应用于颌骨,海绵骨的一部分的温度升至39.30°C,和负热通量应用时,海绵骨的一部分的温度升至34.65°C。由于积极的热通量,骨的皮质部分的温度增加到41.90°C和减少到31.58°C。(9)在植入物的热分析和骨骼,最高温度调到骨组织植入了。多少热量达到骨组织和接触表面的骨植入?与一些蛋白质变性在42°C以上,以及暴露的骨头47°C 1分钟,增加骨温度可以产生致命的后果。由于本研究的发现,它可能监管条件的不利影响骨组织不存在患者牙科植入物。(10)当比较不同区域的最大应力值模型,发现压力造成的正面和负面的热流在陶瓷覆盖,海绵骨,骨密质是等价的。而压力诱导的钛植入负面热流约两次,由积极的热通量。这是由于不同的两种情况下的温度梯度。在负流量模式下,温度梯度在植入7°左右,而在积极的流量模式,这是大约5°。

4.1。建议

在这项研究中,有限元分析的影响牙科植入物在机械和热负荷条件下的颚骨和它的结果。以下是建议的研究在这一领域:(1)考虑不同的接触模型在建模的放置在颚骨植入物(2)研究不同类型的植入物与不同的几何和材料和比较它们的性能(3)优化牙科植入物的性能根据各种几何和物理参数

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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