不同正畸矫治弓丝减震性能的动态三维有限元研究

论文摘要

目的:本实验采用CT扫描结合各种图形处理软件,建立的上颌前牙段三维有限元模型。在中切牙之间组装镍钛合金正畸矫治弓丝与不锈钢正畸矫治弓丝,研究两者的减震特性,为正畸临床提供理论指导。方法:1、三维有限元模型的建立对一年轻女性自愿者进行头颅CT断层扫描获得断层影像,综合应用MIMICS、Rapidform及ABAQUS软件建立三维有限元模型,最后得到本实验的三组模型:无弓丝的上颌有限元模型（Wireless Model,WL模型）;带不锈钢弓丝的上颌有限元模型（StainlessSteel Model, SLS模型）;及带镍钛合金弓丝的上颌有限元模型（TiNiAlloy Model, TNA模型）。2、加载、计算本实验建立的三组模型边界条件及载荷相同。上颌远中方向及上端边界采用固定约束;载荷采用梯形脉冲方波曲线的形式加载,载荷大小为50N,加载时长0.1ms,随后撤消载荷,使模型呈自由振动。计算并绘制出载荷条件下的牙根、牙周膜的应力分布图和应力一时间曲线。结果:1、同等载荷作用下三组模型中,加载侧中切牙的位移均呈现随时间逐渐衰减的规律,最大振幅均发生在第一个振动周期。且装配正畸矫治弓丝将降低矫治系统的响应频率,即增加中切牙的振动周期。将SLS模型与TNA模型相比较,SLS的响应频率略低,周期略长。而非加载侧中切牙的位移均呈现先随时间逐渐增加,然后随时间逐渐衰减的规律。SLS模型衰减所需时间最长,TNA模型与WL模型衰减所用时间较接近。SLS模型、TNA模型与WL模型的非加载侧中切牙的时间位移曲线最大振幅相比,前者增加了3.03倍,而后者增加了48.7%。2、同等载荷作用下三组模型中,加载侧中切牙牙周膜的最大Von Mises应力出现时间TNA模型与WL模型相似（t=0.13*10-3s,最大应力发生在近中颊侧颈部）,SLS模型出现最晚（t=0.39*10-3s,最大应力发生在中切牙远中颈部）。非加载侧中切牙牙周膜的最大Von Mises应力出现时间依次为WL<SLS<TNA,最大应力大小依次SLS>TNA>WL。3、同等载荷作用下三组模型中,加载侧牙根的最大Von Mises应力大小、出现时间及发生位置基本相似。加载侧牙根的最大Von Mises应力出现时间依次为WL<SLS<TNA,最大应力大小依次SLS>TNA>WL。结论:镍钛合金弓丝比不锈钢弓丝有更好的减震性能,对咬合力的传导起更好缓冲作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 第2章 上颌中切牙及矫治弓丝三维有限元模型的建立
• 2.1 材料和方法
• 2.2 载荷与边界条件
• 第3章 不同正畸矫治弓丝减震特性的有限元结果分析
• 3.1 加载侧、非加载侧中切牙时间～位移关系曲线分析
• 3.1.1 加载侧中切牙时间～位移关系曲线分析
• 3.1.2 非加载侧中切牙时间-位移曲线分析
• 3.2 加载侧、非加载侧牙周膜的 Von Mises 应力分布分析
• 3.2.1 加载侧牙周膜的Von Mises 应力分布
• 3.2.2 非加载侧牙周膜的Von Mises 应力分布
• 3.3 加载侧、非加载侧牙根的 Von Mises 应力分布分析
• 3.3.1 加载侧牙根的Von Mises 应力分布
• 3.3.2 非加载侧牙根的Von Mises 应力分布
• 第4章 讨论
• 4.1 三维有限元分析法在正畸生物力学研究上的应用
• 4.1.1 三维有限元建模方法
• 4.1.2 Mimics 快速三维重建模型
• 4.1.3 动态加载的模式
• 4.2 正畸弓丝减震性能分析
• 4.2.1 时间-位移分析
• 4.2.2 牙周膜应力分布规律
• 4.2.3 牙根应力分布规律
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 病例报告
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附带综述