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微型种植体支抗的三维有限元分析

发布于:2016-06-05 20:31
有限元分析

      微型种植体一般都是体积小、植入部位灵活、术式简单、创伤小、可即刻加力、患者易耐受、疗程短、价格经济等优点,作为一种新兴的支抗方式越来越受到临床正畸医师的关注。根据临床需要,微型种植体可能承载不同方向、不同角度的外力,产生三维方向的力矩。以往研究大多集中于在二维方向研究微型种植体植入与加载力的关系,而缺乏微型种植体植入方向与加载力方向变化对支抗效果影响的研究。为此,本研究应用I-DEAS有限元分析App,通过建立微型种植体-骨模型,分析微型种植体-骨界面的应力及位移情况,为微型种植体的临床应用奠定了基础。
      微型种植体的几何形态参照临床常用尺寸,设定为刃状螺纹圆柱型钛钉,全长8.0 mm,螺纹部分长5.0 mm,螺纹部直径1.2mm,螺纹深度0.2 mm,螺纹间距0.3 mm。
      将骨模型简化为骨皮质、骨松质的长方体骨块,骨皮质的厚度设定为1.0 mm,骨松质在垂直方向上比微型种植体的根尖端高出2.0 mm。
      微型种植体模拟30°倾斜植入骨块,骨外余留3.0 mm(无螺纹),正畸力加载于种植体顶部,方向恒定、始终与植入处骨块表面平行。设定第一次加载时,正畸力方向与微型种植体在骨表面的投影线方向相同,此时投影线与正畸力方向一致为0°。在保持加力方式、种植体与植入处骨表面夹角不变的情况下,将微型种植体在水平方向上旋转180°,其投影线在骨表面上形成以植入点为圆心,投影线为半径的半圆。投影线与正畸力方向相同时为0°,投影线与正畸力方向相反时为180°。四等分半圆,投影线方向依次为0°、45°、90°、135°、180°,即代表5种不同的微型种植体植入方向。
      微型种植体-骨实体模型的建立应用I-DEASApp,按照所选用的微型种植体外形参数、简化骨块的设计方案,分别建立三维实体模型,并通过布尔减运算修改骨模型,生成与微型种植体外螺纹匹配的骨实体模型的内螺纹结构材料力学参数 模型中各种材料均设置为连续、均质、各向同性的线弹性体。微型种植体材料为钛,其弹性模量为103400 MPa、泊松比0.35,骨皮质弹性模量为13700 MPa、泊松比0.30,骨松质弹性模量为1370 MPa、泊松比0.30。
      应用I-DEASApp对微型种植体、简化骨块实体模型分别进行智能尺寸网格划分,模型的划分采用十节点四面体单元,各单元间有足够的稳定性,材料的变形为小变形,各截面之间均不产生相对滑动。将微型种植体及简化骨块的各自有限元模型按照两界面各节点连接,生成微型种植体-骨的三维有限元模型,模型单元总数为16691,节点总数为28018。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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