牙科陶瓷高速手机调磨研究

论文摘要

利用高速牙科手机对陶瓷修复体进行口腔调磨是保证修复体按照预期寿命有效行使临床功能的关键环节。本文在国家自然科学基金的资助下,系统研究了牙科切削陶瓷调磨进程中的高速手机性能、陶瓷表面/亚表面质量及调磨参数优化设计等关键科学问题。论文取得以下创造性成果:设计了一种新型的模拟牙科调磨的二维体外实验装置,打破国外相关研究装置一维准静态局限。在此基础上,首次结合动态牙科切削实验,对高速牙科手机的性能参数进行了系统的测试和研究,揭示出牙科手机性能参数的主要影响因素及其变化规律,并确定了快速、精细两种典型牙科调磨进程中的高速牙科手机极限应用条件。利用压痕断裂力学理论,提出了牙科陶瓷产生横向裂纹的临界载荷模型。借助该模型与表面形貌观察法,揭示了牙科陶瓷在常规、快速、精细三种典型牙科调磨进程条件下的表面生成机理及表面损伤特征。研究结果表明,牙科陶瓷表面修复质量对车针金刚石粒度较敏感,而牙科调磨用量参数对改善牙科陶瓷的表面质量没有明显作用。借助有限元软件ANSYS参数化设计语言,提出一种牙科陶瓷调磨亚表面损伤预测模型,并通过实验验证其有效性。利用该模型,系统研究了牙科陶瓷调磨亚表面应力分布规律及损伤深度。研究结果表明,陶瓷修复体在调磨过程中,应力集中在磨粒即将离开材料处。研究还表明,最大主应力准则适合作为牙科陶瓷的损伤判据,牙科陶瓷调磨后的亚表面损伤深度与最大未变形切屑厚度线性正相关,且切削用量参数对其影响显著。结合牙科修复体调磨的临床特点,提出一种调磨参数优化设计方法。研究结果表明,该方法可以针对不同的实际临床条件和要求,有效、快速地对牙科调磨参数进行优化设计和求解。上述研究成果不仅为指导临床医师合理进行牙科调磨技术提供科学的理论依据,而且为改善牙科陶瓷修复体的临床使用性能开辟一条新的研究途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 牙科切削陶瓷发展现状
• 1.2.2 牙科陶瓷调磨研究现状
• 1.2.2.1 牙科切割器械及磨料磨具
• 1.2.2.2 牙科陶瓷调磨
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 牙科陶瓷调磨高速牙科手机性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 牙科调磨体外实验装置的设计与建造
• 2.2.1 体外实验装置的设计
• 2.2.2 控制系统的建造
• 2.3 常规牙科调磨高速牙科手机性能研究
• 2.3.1 实验条件与方法
• 2.3.1.1 实验条件
• 2.3.1.2 实验材料
• 2.3.1.3 数据采集与处理
• 2.3.2 实验结果与分析
• 2.3.2.1 力与力比
• 2.3.2.2 车针转速与扭矩
• 2.3.2.3 比磨削能
• 2.3.3 小结
• 2.4 快速牙科调磨高速牙科手机性能研究
• 2.4.1 实验条件与方法
• 2.4.2 实验结果与分析
• 2.4.3 小结
• 2.5 精细牙科调磨高速牙科手机性能研究
• 2.5.1 实验条件与方法
• 2.5.2 实验结果与分析
• 2.5.3 小结
• 2.6 本章小结
• 第三章 牙科陶瓷调磨表面质量及表面生成机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 常规牙科调磨陶瓷表面质量及表面生成机理研究
• 3.2.1 表面形貌及表面生成机理分析
• 3.2.1.1 表面形貌分析
• 3.2.1.2 表面生成机理分析
• 3.2.2 表面粗糙度研究
• 3.2.3 小结
• 3.3 快速牙科调磨陶瓷表面质量及表面生成机理研究
• 3.3.1 表面形貌及表面生成机理研究
• 3.3.1.1 表面形貌分析
• 3.3.1.2 表面生成机理理论分析
• 3.3.2 表面粗糙度研究
• 3.3.3 小结
• 3.4 精细牙科调磨陶瓷表面质量及表面生成机理研究
• 3.4.1 表面形貌及表面生成机理研究
• 3.4.1.1 表面形貌分析
• 3.4.1.2 表面生成机理理论分析
• 3.4.2 表面粗糙度研究
• 3.4.3 小结
• 3.5 本章小结
• 第四章 牙科陶瓷调磨亚表面应力及损伤深度研究
• 4.1 引言
• 4.2 牙科陶瓷调磨材料去除机制分析
• 4.3 有限元物理仿真模型建立
• 4.3.1 几何建模与网格划分
• 4.3.2 载荷施加与边界条件
• 4.3.3 材料本构方程
• 4.3.4 定义材料损伤准则
• 4.3.5 求解
• 4.4 常规牙科调磨陶瓷亚表面应力及损伤深度
• 4.4.1 基于FEA的亚表面应力分析
• 4.4.2 基于FEA的亚表面损伤深度预测
• 4.4.3 亚表面损伤深度实验验证
• 4.4.4 小结
• 4.5 快速牙科调磨陶瓷亚表面应力及损伤深度
• 4.5.1 基于FEA的亚表面应力分析
• 4.5.2 基于FEA的亚表面损伤深度预测
• 4.5.3 亚表面损伤深度实验验证
• 4.5.4 小结
• 4.6 精细牙科调磨陶瓷亚表面应力及损伤深度
• 4.6.1 基于FEA的亚表面应力分析
• 4.6.2 基于FEA的亚表面损伤深度预测
• 4.6.3 亚表面损伤深度实验验证
• 4.6.4 小结
• 4.7 本章小结
• 第五章 牙科调磨参数优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 牙科调磨参数优化数学模型的建立
• 5.2.1 设计变量选取
• 5.2.2 目标函数建立
• 5.2.3 约束条件
• 5.3 基于神经网络的调磨参数优化非线性映射模型的创建
• 5.3.1 神经网络数据的采集与处理
• 5.3.2 神经网络结构设计
• 5.3.3 神经网络训练与检验
• 5.4 基于序列二次规划算法的优化设计
• 5.5 参数优化的整体流程
• 5.6 算例
• 5.7 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 工作展望
• 参考文献
• 参加科研项目和完成学术论文说明
• 致谢