不同正畸矫治弓丝减震性能的动态三维有限元研究

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(StainlessSteet 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WLTNA>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WLTNA>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。