国际口腔医学杂志 ›› 2019, Vol. 46 ›› Issue (4): 387-392.doi: 10.7518/gjkq.2019070

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螺纹深度对支抗微种植体和颌骨影响的三维有限元分析

颜丹1,张锡忠2,王建国2()   

  1. 1. 佛山科学技术学院附属口腔医院·佛山市口腔医院同济西门诊部 佛山 528000;
    2. 天津市口腔医院正畸科 天津 300041
  • 收稿日期:2018-08-18 修回日期:2019-02-15 出版日期:2019-07-10 发布日期:2019-07-12
  • 作者简介:颜丹,主治医师,硕士,Email:yandan. good@163.com
  • 基金资助:
    佛山市医学类科技攻关项目(2017AB001881);佛山市卫生和计划生育局医学科研课题(20180158)

3D finite element analysis for influence of microimplant thread depth on microimplant and mandible

Yan Dan1,Zhang Xizhong2,Wang Jianguo2()   

  1. 1. Dept. of Tongji West Clinic, Foshan Stomatological Hospital, School of Stomatology and Medicine, Foshan University, Foshan 528000, China
    2. Dept. of Orthodontics, Tianjin Stomatological Hospital, Tianjin 300041, China
  • Received:2018-08-18 Revised:2019-02-15 Online:2019-07-10 Published:2019-07-12
  • Supported by:
    This study was supported by Foshan Medical Science and Technology Board(2017AB001881);Medical Research of Foshan Health and Family Planning Bureau(20180158)

摘要:

目的 分析螺纹深度变化对微种植体及颌骨上的应力分布和位移的影响,为支抗微种植体的临床选择和优化设计提供理论参照。方法 运用Pro/E软件建立不同螺纹深度的微种植体和下颌骨三维有限元模型,用Hypermesh软件对该模型进行网格划分,并在微种植体顶部施加与颌骨面平行的正畸力2.94 N,用ANSYS软件进行三维模拟计算。结果 微种植体-骨界面应力峰值集中在骨密质内,当螺纹深度为0.3 mm时,微种植体颈部及其相邻颌骨面的Von-mises应力峰值最小,为18.12 MPa;螺纹深度为0.4 mm时,应力峰值最大,为60.28 MPa。结论 螺纹深度影响微种植体和颌骨的应力分布,在本实验条件下,螺纹深度为0.3 mm时,微种植体-骨界面、微种植体上的应力和位移分布最优。

关键词: 有限元分析, 应力, 正畸支抗, 微种植体, 螺纹深度

Abstract:

Objective In this work, we aimed to analyse the influence of microimplant thread depth on stress and displacement distribution on microimplant and mandible and apply the theoretical reference in choosing orthodontic anchorage microimplant and optimising its design.Methods The 3D finite element models of the microimplants with different thread depths and mandibles were established using Pro/E. The elements were divided using Hypermesh, and results were calculated using the ANSYS software. The force of 2.94 N which was parallel to the mandible surface was applied on the top of the microimplant.Results The maximum Von-mises stress on the microimplant-bone interface focused on the cortical bone. The model with thread depth of 0.3 mm had the smallest Von-mises stress peak of 18.12 MPa on the microimplant neck and its nearby bone, whereas the largest Von-mises stress peak of 60.28 MPa occurred in the model with the thread depth of 0.4 mm.Conclusion The microimplant thread depth influenced the stress distribution on the microimplant and mandible. The stress and displacement distributions on microimplant-bone interface and microimplant were at the optimum when the tread depth was 0.3 mm among all the cases mentioned in this work.

Key words: finite element analysis, stress, orthodontic anchorages, microimplant, thread depth

中图分类号: 

  • R783.5

表 1

支抗微种植体-颌骨模型网格总数和节点总数"

模型序号 网格总数 节点总数
De-1 50 984 11 910
De-2 44 678 10 566
De-3 42 588 10 050
De-4 57 518 13 603

表 2

实验材料的力学参数"

材料名称 弹性模量/MPa 泊松比
骨密质 13 700 0.3
骨松质 1 370 0.3
微种植体 103 400 0.35

图 1

边界条件及载荷条件"

图 2

骨界面上的Von-mises应力折线图A:压力侧;B:非压力侧。"

图 3

骨界面上的位移折线图A:压力侧位移;B:非压力侧位移。"

表 3

微种植体-骨界面最大Von-mises应力值"

模型序号 压力侧 非压力侧 平均值
De-1 22.61 35.81 29.21
De-2 39.43 63.10 51.27
De-3 41.36 43.01 42.19
De-4 52.80 98.97 75.89

表 4

微种植体-骨界面最大位移值"

模型序号 压力侧 非压力侧
De-1 0.004 46 0.004 54
De-2 0.004 79 0.004 69
De-3 0.003 36 0.003 46
De-4 0.006 06 0.004 63

图 4

纵剖面Von-mises应力分布"

图 5

沿z轴的Von-mises应力折线图A:z轴应力折线图;B:最大应力随螺纹深度变化图。"

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