论文摘要
口腔修复体的优化设计和预期使用寿命一直是口腔修复学的重要研究内容。以往研究多是采用单因素、确定数值的分析方法（如测试标准材料试件的静力断裂极限值等）,而修复体在实际行使功能过程中发生的损坏是多因数（如口腔环境、周期性咬合力、材料形态和性能等）共同作用的结果,且具有随机性,是个概率事件。可靠性理论分析是一种基于概率统计与数值计算的系统研究方法,它已经广泛应用于建筑、电子、航空航天等行业。若将可靠性分析理论应用于义齿的优化设计以及寿命预测,充分考虑口腔内各种随机因素的影响,将使分析能更接近于临床实际。牙科陶瓷具有与天然牙相似的色泽和半透明性、生物相容性、抗腐蚀、抗老化,以及耐磨等性能。随着人们审美需求的不断提高,全瓷修复己发展成为口腔修复的主要趋势之一。但是在临床上,全瓷修复体在反复咀嚼功能状态下,常常表现出并不令人满意的远期效果。因此,本研究考虑全瓷冠的物理参数和所受载荷的随机性,建立了全瓷冠可靠性分析模型。利用可靠性理论中的应力-强度干涉理论,对循环咀嚼力荷载下的全瓷冠的疲劳强度可靠性进行初步分析,从而摸索出一套全瓷冠机械强度可靠性分析方法,为今后开展各类口腔修复体的可靠性研究打下基础。本文采用逆向工程技术,结合Geomagic Studio、CATIA V5、及ALGOR V19软件建立下颌第一磨牙全瓷冠可靠性分析模型;借助ALGOR有限元软件中的Fatigue Wizard疲劳分析模块对全瓷冠最易发生疲劳破坏的部位进行寿命预测及安全评定;借鉴机械结构可靠度理论,确定全瓷冠疲劳可靠性分析中所需要的各参数;通过查阅文献及应用概率统计的方法获取日常咀嚼荷载谱、瓷材料S-N曲线、瓷材料疲劳极限曲线;采用正态-正态模型下的应力-强度干涉理论对全瓷冠疲劳强度可靠度进行计算,并观察材料的疲劳极限强度与全瓷冠的可靠度随时间的变化,并对其机理进行分析。实验结果为:1.本研究采用3DSS激光扫描系统对模型进行扫描,所得到外形特征精确,又不破坏标本的完整性。CATIA V5建立的基牙与全瓷冠的实体模型具有很高的几何相似性和力学相似性,比较符合实际情况,因而能正确地反映所需要研究的临床问题。2.建立了下颌第一磨牙基牙预备后的精细的三维模型,网格划分后的三维模型共有节点119924个,单元184986个。3.静力分析显示最易发生破坏的部位为施加荷载的表面,其次为全瓷冠的颈部;全瓷冠的最大主应力为32.25MPa;全瓷冠的最大主应力出现在荷载加载部位,即日常咀嚼力作用下此处最易发生疲劳破坏,此外近中颈部边缘应力值也较大。4.经过ALGOR软件中的Fatigue Wizard分析模块进行模拟,设定全瓷冠预期寿命为10E+7,得到其安全系数最小为1.41;通过疲劳寿命（Log10寿命）曲线可以查取寿命最小的200个节点信息,约有60个节点的寿命小于10E+7次。安全系数最小的是编号为753的节点,位置位于加载区域内,其安全系数的无修正值、Goodman修正值分别为2.05, 1.41。5. Shofu Vintage材料的S-N曲线经过曲线拟合后所得的应力-寿命曲线方程为ln（load）=ln（684.056）-0.041*lnN;根据疲劳极限曲线与Hertzian接触理论,计算得出Shofu Vintage瓷材料1年, 5年, 10年, 15年, 20年的疲劳极限强度95%可信区间分别为46.941MPa～58.886MPa, 45.021 MPa～56.619MPa, 44.191MPa～55.629MPa, 43.726MPa～55.096MPa, 43.443MPa～54.657MPa。6.通过应力-强度干涉理论,计算得1年, 5年, 10年, 15年, 20年时全瓷冠疲劳强度可靠度指标分别为2.29, 2.06, 1.96, 1.91, 1.87;对应的可靠度分别为98.89%, 98.03%, 97.50%, 97.13%, 96.93%。材料的疲劳强度和可靠度随时间呈降低趋势。通过以上实验结果可以得到以下结论:1.本文采用逆向工程技术,使用3DSS彩色结构光扫描系统,结合Geomagic Studio、CATIA V5及ALGOR V19软件建立下颌第一磨牙全瓷冠可靠性分析模型。通过ALGOR软件对周期性咬合力作用下的全瓷冠进行了静力学分析以及疲劳强度分析,确定了全瓷冠易发生疲劳破坏的部位,并对全瓷冠进行了安全评定,疲劳分析表明全瓷冠的疲劳性能可以满足设计要求。得到其最易发生疲劳破坏的位置为咬合面加载区域。基于以上研究建立了一套全瓷冠疲劳强度分析的模型,为今后开展其他修复体的疲劳分析打下了基础。2.通过对全瓷冠外部交变荷载作用和陶瓷材料的疲劳抗力强度进行统计分析,并应用可靠性理论中的应力-强度干涉理论对全瓷冠的疲劳强度进行了分析。陶瓷材料的疲劳极限强度与全瓷冠的疲劳强度可靠度随着时间呈明显的递减趋势,但始终维持在一个较高水平。将基于概率论和数理统计为基础的结构的可靠性理论应用于口腔修复学领域,是一次探索性研究,以期为可靠度理论进一步应用于其他口腔修复体的分析探索道路。