微螺钉支抗种植体最优设计的三维有限元研究

论文摘要

目的本研究拟建立微螺钉及颌骨三维有限元模型,评价微螺钉参数变化（长度,直径,螺纹形态,皮质骨厚度）及加载力值大小、方向对微螺钉／骨界面应力大小、分布及微螺钉位移的影响。材料和方法利用三维建模软件Pro／E 2.0建立微螺钉及颌骨三维模型,其中建立基础微螺钉模型的参数为有效螺纹长度7mm,螺距0.5mm,螺纹截面形状为边长2mm的等边三角形,头部2mm,颈部光滑区1.5mm,皮质骨厚度1.5mm,松质骨厚度15mm。以此模型作为基础模型,分别改变微螺钉的长度（3mm,5mm,7mm,9mm,11mm,13mm）,直径（1.0mm,1.2mm,1.4mm,1.6mm,1.8mm,2.0mm）,螺纹截面形状（近尖螺纹、等臂螺纹、远尖螺纹、直角螺纹）,螺距大小（0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm,0.7mm,0.8mm）,皮质骨厚度（0.5mm,1.0mm,1.5mm,2.5mm,3.5mm）,建立不同参数的微螺钉及颌骨模型。将三维模型以.asm文件格式导入有限元分析软件ANSYS10.0,进行三维有限元分析,模拟临床力值加载环境,加载力值（1.ON,1.5N,2.0N,2.5N,3.0N）及加力角度（90°,120°,150°）,分析微螺钉-骨界面力大小、应力分布及微螺钉位移。结果1.建立了微螺钉支抗微螺钉及颌骨的三维有限元模型,微螺钉的平均节点数为33833,平均单元数为24704。2.应力峰值都出现在微螺钉颈部与皮质骨接触部位1mm的范围内,颈部为应力集中区。3.六种直径微螺钉的微螺钉／骨界面应力峰值随着微螺钉直径的增大呈减小趋势。4.六种长度微螺钉的微螺钉／骨界面应力变化较小,但3mm长度的微螺钉应力峰值明显增大。5.三种加载角度,微螺钉／骨界面的应力峰值随着加载角度的增大而降低。6.五种皮质骨厚度条件下,微螺钉／骨界面的应力峰值的随着皮质骨厚度的增大而降低。7.五种力值条件下,微螺钉／骨界面的应力的峰值随着力值增大呈线性增大关系。8.四种螺纹形态和五种螺距条件下,在90°力值加载条件下,对应力峰值影响不大。但在120°和150°加载角度条件下,应力峰值随着螺距增大而增大,螺纹的应力峰值变化规律为等臂螺纹<近尖螺纹<远尖螺纹<直角螺纹,这一变化规律在150°加载角度条件下更为明显。结论1.微螺钉支抗种植体直径的增加能有效的降低微螺钉／骨界面应力。2.微螺钉支抗种植体长度的改变对微螺钉／骨界面的应力变化无明显作用。3.在加载力值及方向的选择上,较小的加载力值可以降低微螺钉／骨界面最大主应力峰值；力与微螺钉长轴的夹角增加,有利于微螺钉／骨界面的主应力分布均匀,减少颈部应力集中。4.在植入部位的选择上,皮质骨厚度的增加能有效的降低微螺钉／骨界面应力。5.在加载角度增大导致微螺钉轴向力值增加时,螺纹形态和螺距对垂直加载时的力学传递影响明显,等边螺纹更有利于应力分布,适当减小螺距有利于应力分布。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 文献回顾
• 第一章 微螺钉及上领骨骨块三维实体基础模型的建立
• 材料方法
• 1.1 设备及软件
• 1.2 微螺钉及领骨骨块三维实体模型的建立
• 1.3 有限元分析
• 第二章 微螺钉单一参数变化对微螺钉骨界面应力分布影响
• 2.1
• 2.1.1 微螺钉直径变化与应力分布的相关性分析
• 2.1.2 结果
• 2.1.3 微螺钉直径对应力分布的影响
• 2.1.4 本研究对微螺钉设计和临床运用的意义
• 2.1.5 结论
• 2.2 微螺钉长度变化与应力分布的相关性分析
• 2.3 皮质骨厚度变化与应力分布的相关性分析
• 2.4 不同力值大小与应力分布的相关性分析
• 第三章 微螺钉螺纹形态及加载力的角度对应力分布影响研究
• 3.1 引言
• 3.2 微螺钉的螺纹参数
• 3.3 力值加载角度参数
• 3.4 单一参数加载角度变化分析
• 3.5 螺距在不同加载角度下对应力分布的影响
• 3.6 螺纹形态在不同加载角度下对应力分布的影响
• 3.7 螺纹形态,螺距对微螺钉稳定性影响讨论
• 第四章 临床常见植入部位微螺钉最佳设计讨论
• 4.1 临床常见植入位置
• 4.2 临床常见植入位置微螺钉最优化设计分析
• 4.3 结
• 第五章 总结和展望
• 附图
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表