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无限元方法及其在烤瓷熔附金属全冠应力分析中的应用
在对口腔修复临床常见的烤瓷熔附金属全冠有限元法分析基础上,将修复体唇侧颈缘出现应力集中区域采用无限元方法进行分析,有限元与无限元区域的数据连接采用区域分解法的D-N迭代法实现.结果显示:无限元方法能计算出模型中应力集中区域任意一点应力、应变值,准确描述修复体发生金-瓷结合破坏和崩瓷、瓷裂的可能,为临床金-瓷修复体的设计与制作和无限元方法在口腔生物力学中的应用提供理论依据.
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中老年人牙楔状缺损二维有限元应力分析
目的 研究楔状缺损患牙牙颈部硬组织的应力分布. 方法在下颌前磨牙颊舌向纵剖面上设计楔状缺损模型,用二维有限元应力分析法对各种模型受5种模拟(牙合)力作用时牙颈部应力进行分析. 结果有3种模拟(牙合)力作用均在楔状缺损的深处生产应力集中现象.作用于颊尖与牙长轴呈90°方向力引起的大主应力为拉应力,为正常值的6倍;作用于颊尖与牙长轴方向一致和于胎面中央与牙长轴呈30°方向力引起的大主应力为压应力,为正常值的2～4倍.缺损深处的应力集中随缺损程度加蕈而加强,应力值加大. 结论楔状缺损一旦形成,在(牙合)力作用下,楔状缺损深处的硬组织应力集中程度较正常牙齿明显增加.
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桩核冠修复后影响牙体折裂的因素
桩核冠修复作为牙冠大面积缺损时的一种修复方法,已有几百年的历史.修复后长期的疲劳载荷及集中在牙本质内部的应力,往往导致牙体的折裂.本文主要从应力分析的角度对桩核冠修复后牙体折裂的相关因素进行综述,并提出以后需要进一步研究和完善的问题.
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桩核冠修复材料对牙体应力的影响
目的:通过不同的桩核冠材料修复牙的牙体应力分析,为临床选择修复材料提供生物力学依据.方法:建立上中切牙桩核修复的三维有限元模型,分别分析金合金桩核-镍铬全冠、金合金桩核-金合金全冠、金合金桩核-陶瓷全冠和镍铬桩核-镍铬全冠、镍铬桩核-金合金全冠、镍铬桩核-陶瓷全冠6种情况下牙体应力的情况.结果:镍铬合金桩核组牙体内大Von Mises应力为113.70 MPa,金合金桩核组为74.03MPa,较前者降低了34.89%.结论:桩核材料对牙体应力分布和应力峰值的影响明显,而冠材料对牙体应力的影响不大.用弹性模量较低的桩核材料进行修复有助于降低牙体折裂的可能性.
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种植体与天然牙在上颌骨复合体中应力的比较
目的:比较种植体与天然牙在上颌骨复合体中在垂直和水平载荷下的应力分布.方法:采用三维有限元法.结果:种植体与天然牙上颌骨复合体相同牙位、相同载荷下应力分布趋势相同,力的大小比较接近,垂直载荷下种植体周围应力大于天然牙.结论:骨结合种植体虽然没有牙周膜的缓冲,但其与骨连成整体,可有效地传递应力,骨结合种植体在上颌骨种植具有力学可行性.
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不同余留牙体高度对桩冠箍效应影响的三维有限元分析
目的:研究桩冠修复中不同余留牙体高度与箍效应之间的关系,分析其应力分布特点.探讨小同牙体高度对箍效应的影响.方法:建立上颌中切牙烤瓷核桩冠三维有限元模型,模拟临床两种箍效应的3种牙体高度.通过三维有限元方法分析牙本质受力情况.结果:①随着余留牙体高度的降低,桩冠的应力分布呈现出从颈部向根中部应力逐渐增高的趋势.②核颈环组的应力低于冠包绕组的应力.结论:随着余留牙体高度的降低,箍效应会逐渐减少.但保留1mm的牙体高度也可以提供箍效应.
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不同包绕度对桩冠箍效应影响的三维有限元分析
目的:研究桩冠修复中箍的不同包绕度与箍效应之间的相互关系及影响.方法:建立上颌中切牙烤瓷核桩冠三维有限元模型,模拟箍效应的4种包绕形式,通过三维有限元方法分析牙本质受力情况.结果:①根管口周围余留牙本质壁完整,牙本质应力分布好.②仅余留唇侧牙体时,颈部牙本质应力水平明显升高.结论:随着箍色绕牙体壁的减少,箍效应有所降低,但保留唇舌侧牙体和仅保留舌侧牙体都可获得一定的箍效应.
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颏兜力作用下颞下颌关节及下颌骨受力的三维有限元分析
目的:用三维有限元法观察颏兜力作用下颞下颌关节的受力状况和整个下颌骨的应力分布,探讨颏兜的作用机制及颏兜力作用与TMD的关系.方法:模拟颏兜力的作用,在下颌骨颏点处施加5.88N的力,力的方向为颏点与髁突连线在矢状面上的投影.采用ANSYS有限元结构分析软件在计算机中进行计算和分析.结果:髁突表面大受力区域位于髁突前斜面.关节盘受拉应力大的区域位于相当于关节盘中间带的部位,受压大的区域位于关节盘后带后缘中部.关节窝表面受力大区域位于关节结节后斜面.下颌骨较大压应力区位于力的作用线周围区域,较大拉应力区位于下颌支后部及下颌角附近区域.结论:颏兜力可对TMJ的应力分布产生影响,但颏兜力作用下是否会造成TMD还有待进一步研究.
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后倾曲作用下上颌支抗磨牙运动趋势的三维有限元法研究
目的分析Begg技术第一期后倾曲作用下上颌支抗磨牙的运动趋势.方法三维有限元法,模型采用中国人上颌第一磨牙平均几何尺寸,包括516个单元,1128个节点.结果牙体瞬间转动中心是一个范围,位于根分叉处偏近中颊根及舌侧根区域的牙槽骨中.牙体呈现出"螺旋式”不平衡近中舌向旋转伸长趋势,伸长的量从多到少顺序:近中颊尖、近中舌尖、远中颊尖、远中舌尖.结论支抗磨牙的各部分运动趋势不平衡.
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不同设计的Ⅱ类洞型对修复体应力的影响
目的评价不同Ⅱ类复合洞型对银汞合金和复合树脂修复体产生应力的影响.方法在下颌第一磨牙设计5种近中邻面Ⅱ类复合洞型,分别用银汞合金和复合树脂充填,采用三维有限元法对充填体承受垂直和侧向力后所产生的应力分别进行计算分析.结果 5种Ⅱ类洞型受到100N垂直、侧向作用力后,在传统和改良洞型中,除银汞合金产生的压应力和受侧向力时的切应力传统洞型比改良洞型小外,其余的应力值均是传统洞型比改良洞型大.在有固位沟狭孔、无固位沟狭孔和碟型3种洞型中,复合树脂修复体产生的各种应力均明显小于银汞合金者;2种狭孔和碟型洞型产生的应力值均比传统和改良洞型小者.结论银汞合金充填洞型设计为有固位沟狭孔洞型较好;复合树脂修复时洞型设计为无固位沟狭孔型较好.
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三种单冠对种植体周围骨应力分布影响的光弹分析
目的 通过光弹模型分析3种单冠对种植体周围骨应力分布的影响,以期为种植修复单冠的材料选择提供参考.方法 使用医用纯钛仿照种植体(Nobel Replace,直径为4.3 mm,长度为11.5 mm)及美观基台(标准型,穿龈高度1 mm)铸造种植体-基台一体化试件,包埋于光弹模型中.使用椅旁计算机辅助设计与辅助制作系统完成树脂陶瓷冠和氧化锆全冠的单冠制作,对切削成形的冠部形态制取硅橡胶阴模,辅助金属烤瓷冠的饰瓷堆塑.制作树脂陶瓷冠组、氧化锆全冠组和金属烤瓷冠组光弹模型试件,每组5个.对3组光弹模型分别进行垂直及斜向75°加载(300 N),通过数字光弹法分析3组种植体周围骨内不同观测面(0.5、1.5、2.5、3.5 mm)上颈部、颈1/3、中1/3、根1/3及根尖共5个观测点的应力,评价3种单冠受力后的应力缓冲作用.结果 相同加载模式下,树脂陶瓷冠组种植体周围骨应力到达峰值的时间[垂直和斜向加载分别为(1.58±0.08)和(2.75±0.21)s]均显著大于氧化锆全冠组[垂直和斜向加载分别为(1.40±0.12)和(2.30±0.25)s](P<0.05);3组种植体周围相同观测点的等效应力值间差异均无统计学意义(P>0.05),但相比氧化锆全冠组,树脂陶瓷冠组各观测点的等效应力值均呈减小趋势.斜向加载时金属烤瓷冠组种植体颈部应力集中程度明显.结论 与氧化锆相比,复合树脂陶瓷对种植体周围骨内应力的缓冲作用更具优势.
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楔状缺损充填治疗后牙颈部硬组织应力分析
目的了解楔状缺损患牙充填治疗后,牙颈部硬组织的应力分布.方法在下颌前磨牙颊舌向纵剖面上设计楔状缺损模型,选择复合树脂和玻璃离子水门汀两种材料模拟充填缺损区;用二维有限元法对模型受NFDA1力作用时牙颈部应力做分析.结果复合树脂充填和玻璃离子水门汀充填均可使缺损附近的应力集中明显改善;缺损深处的大主应力值分别降至36.2 MPa和42.5 MPa,接近正常牙应力值32.6 MPa.结论楔状缺损充填修复可缓解缺损区牙体硬组织的应力集中.
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天然牙-种植体联合桥上部结构应力分布的三维有限元分析
目的揭示天然牙-种植体联合桥在咀嚼过程中上部结构应力的分布规律,为临床设计该种类固定桥提供理论参考依据.方法借助于CT扫描和计算机辅助设计手段,用三维有限元方法对天然牙-种植体联合固定桥在不同载荷下,上部结构的应力分布差异以及位移变化进行生物学分析.结果种植体基台在斜向载荷下的大应力值是垂直载荷下的 4～6 倍,且应力分布不均,有应力集中现象,以压应力为主.桥体(牙合)面的应力峰值在集中载荷下是分散载荷下的数倍,(牙合)面中 1/3 出现力点高度集中的压应力区,但载荷方向对其无影响.种植体基台在近远中向的大位移明显大于天然牙颈部,固定桥整体移动方向是朝着天然牙运动.结论天然牙-种植体联合桥可通过减少斜向力和集中力或提高基台的结构强度及桥体材料的抗挠曲强度,防止上部结构机械并发症的发生.这种固定桥是可行的.
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下颌骨形态对种植体-骨界面应力分布影响的研究
目的模拟单个下颌磨牙缺失的种植修复,分析不同下颌骨形态对种植体-骨界面应力分布的影响.方法采用三维有限元法,根据下颌骨测量资料建立不同颌骨截面形态的种植修复模型并进行分析.结果不论垂直载荷或斜向载荷,不同颌骨形态模型骨界面应力分布规律及应力值差异均无显著性.其中Von-Mises应力大差异为6.4%,压应力大差异为2.8%,拉应力大差异为6.2%.结论在有限元研究中将下颌骨形态简化为规则形态是合理的.
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应用前倾弯弓丝治疗开（牙合）畸形的生物力学研究
目的探讨应用前倾弯弓丝矫治开（牙合）畸形的效果. 方法建立包括牙周膜、牙槽骨、 1及 6的三维有限元模型,分析矫治力作用下牙体与牙周组织的应力分布以及牙体的位移情况,明确牙齿移动的机理.结果① 6牙根表面、牙周膜、牙槽骨所受的大拉应力均位于远中侧牙颈部,二种工况分别是:0.183 0 MPa, 0.145 1 MPa;0.020 2 MPa,0.016 0 MPa;0.040 7 MPa,0.032 3 MPa;大压应力位于近中侧的牙颈部, 分别是:-0.022 7 MPa,-0.018 0 MPa;-0.018 6 MPa,-0.014 7 MPa;-0.011 7 MPa,-0.009 2 MPa.② 1牙根表面、牙周膜、牙槽骨所受的大拉应力均位于根尖区,二种工况分别是:0.436 2 MPa,0.830 3 MPa;0.005 5 MPa,0.004 4 MPa;0.004 8 MPa,0.003 8 MPa;大压应力均位于舌侧牙颈部,分别为:-0.002 2 MPa,-0.001 8 MPa;-0.000 6 MPa,-0.000 5 MPa;-0.003 8 MPa,-0.000 3 MPa; ③运动趋势:前牙产生（牙合）向及舌向运动;支抗磨牙会产生近中龈向、远中（牙合）向及牙冠向颊侧倾斜的复杂运动.结论利用前倾弯弓丝治疗开（牙合）畸形,支抗磨牙的移动趋势不利于患者后牙的直立及（牙合）平面改建,不利于矫治效果的稳定.应用该方法矫治开（牙合）畸形时,必须在支抗磨牙区增加相应的转矩及额外支抗,以防止不利的牙齿移动.
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细丝片段弓移动尖牙的三维有限元分析
目的 分析细丝片段弓移动尖牙的力学机制.方法 利用下颌尖牙三维有限元模型,模拟细丝片段弓的临床加载方式,分析尖牙表面的应力分布模式.结果 细丝片段弓加载条件下,尖牙牙根近远中、唇舌侧呈较均一的拉应力和压应力分布.近中和远中的拉、压应力平均值分别为0.285、-0.168 Pa,唇侧和舌侧的拉、压应力平均值分别为0.097、-0.115 Pa.结论 细丝片段弓作用下,尖牙呈整体移动模式.
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无托槽隐形矫治微型测力系统的建立
目的 建立无托槽隐形矫治微型测力实验平台,以测量矫治过程中牙齿的应力.方法 开发基于硅衬底的应力传感器芯片,随后进行芯片减薄,并采用四点弯曲结构进行压阻系数标定,使用超薄的柔性电路板封装传感器芯片,引出信号,搭建完整的隐形矫治应力测量实验平台.结果 制造完成的应力传感器芯片长7.0 mm、宽6.0 mm、厚0.1mm,其上包括13个注入制造的单晶硅压阻应力敏感单元和4个标定单元；设计制造了基于多路选择电路的主测试电路板,搭建了完整的隐形矫治应力测量实验平台,通过压阻阻值的测量计算出13个测量单元位置所在的应力.结论 建立了无托槽隐形矫治微型测力系统的实验平台,为精确测量矫治过程中牙齿的局部应力提供了方法.
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根管治疗后上颌前磨牙直接粘接修复的应力分布
目的 通过有限元法分析根管治疗后牙齿直接粘接修复的应力分布,为临床选择修复方法提供理论依据.方法 利用微型CT扫描信息,建立因正畸治疗拔除的年轻男性上颌第二前磨牙三维有限元模型,模拟根管治疗后远中验面缺损的4种不同直接粘接修复方法(G3:单纯粘接修复；G4:腭尖覆盖修复；G5:全验面覆盖修复；G6:远中验面覆盖),以完整牙(G1)和缺损未修复牙(G2)作为对照.在两牙尖斜面上加载200 N的轴向载荷,分析各组修复后牙齿的应力分布情况及安全因子的大小.结果 G1 ～ G6组总体拉应力峰值依次为106、383、287、56、62和95 MPa；G3 ～ G6组修复体安全因子依次为5.46、1.38、1.43及1.73,粘接层安全因子依次为0.33、0.52、5.16及2.11.结论 综合牙齿应力分布和安全因子因素,全(牙合)面或保留一侧完整边缘嵴的(牙合)面覆盖修复方式优于单纯粘接修复和腭尖覆盖的修复方式.
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改良支架设计对后牙玻璃纤维强化复合树脂粘接桥强度的影响
目的 分析传统和改良支架设计对后牙玻璃纤维强化复合树脂粘接桥(glass fiberreinforced-composite resin-bonded fixed partial denture,GFRC-RBFPD)强度的影响.方法 建立修复下颌第二前磨牙、下颌第一磨牙缺失的GFRC-RBFPD三维有限元模型,进行传统支架设计和改良支架设计.施加尖窝载荷和颊舌尖载荷,第二前磨牙和第一磨牙的载荷分别为400 N、600 N,计算初始折裂强度.结果 尖窝载荷下,两种支架的第二前磨牙GFRC-RBFPD强度均为1340 N,传统支架和改良支架的第一磨牙GFRC-RBFPD强度分别为864 N和875 N.颊舌尖载荷下,传统支架和改良支架的第二前磨牙GFRC-RBFPD强度分别为792 N和1019 N,传统和改良支架的第一磨牙GFRC-RBFPD强度分别为645 N和652 N.结论 改良支架设计能显著提高颊舌尖载荷下前磨牙GFRC-RBFPD的强度,但对磨牙GFRC-RBFPD强度的作用不明显.
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有限元方法模拟不同全瓷冠破坏过程初探
目的 用有限元方法模拟不同材料和形态的基底冠全瓷冠破坏过程,分析材料和形态对全瓷冠破坏机制的影响.方法 分别建立均匀厚度、不均匀厚度、带颈环3种基底冠形态的氧化铝和氧化锆全瓷冠模型,用BFPA'2D有限元分析软件模拟加载后全瓷冠的破坏过程.结果 6种模型均由拉应力引发破坏,裂纹始于牙尖顶的饰瓷表面,并沿基底冠与饰瓷的界面扩展.在本项研究加载条件下,仅饰瓷破坏,无基底瓷破坏,加载压强5 MPa时氧化锆模型破坏,加载6 MPa时氧化铝模型破坏.加载开始时有颈环模型呈现颈环处小主应力集中,不均匀厚度基底冠模型呈现颈部大主应力集中.结论 氧化锫模型的基底瓷与饰瓷界面存在更大的应力.不均匀厚度基底冠设计未增加全瓷冠破坏的风险,有颈环基底冠模型的颈部是拉应力集中的薄弱环节.
