不同槽溝方向舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩性能表達的三維有限元分析.pdf

1、目的:臨床上常用的舌側(cè)托槽槽溝方向有兩種，一種是垂直槽溝舌側(cè)托槽，一種是水平槽溝舌側(cè)托槽。本實驗選用臨床常用的不同槽溝方向的兩種舌側(cè)托槽體系，Incognito個性化垂直槽溝舌側(cè)托槽及Kurz第七代水平槽溝舌側(cè)托槽。通過三維有限元的方法，建立前牙Incognito垂直槽溝舌側(cè)托槽匹配帶狀弓及Kurz水平槽溝舌側(cè)托槽匹配水平弓的三維有限元模型，選擇臨床常用的兩種尺寸及三種材質(zhì)的弓絲，模擬臨床對左上頜中切牙正轉(zhuǎn)矩加載，分析在槽溝因素及弓絲因

2、素的影響下，兩種槽溝方向的舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩性能表達差異，找出槽溝及弓絲因素對兩種托槽轉(zhuǎn)矩表達的影響規(guī)律，為臨床矯治后期前牙轉(zhuǎn)矩控制提供理論參考。
　　方法:1.根據(jù)計算機輔助測量Incognito垂直槽溝舌側(cè)托槽及Kurz水平槽溝舌側(cè)托槽數(shù)據(jù)，在實體建模軟件Pro/E.Wildfire5.0中，建立從左上頜尖牙到右上頜尖牙的兩種托槽實體模型，每個模型有38個實體，包括兩種槽溝舌側(cè)托槽，槽溝尺寸均設(shè)定為0.018 inch(0.46mm

3、)，帶狀弓和水平弓及0.2mm結(jié)扎絲。弓絲選擇臨床常用的三種材質(zhì)，不銹鋼Stainless Steel(SS)，β-鈦Beta-titanium(TMA)，鎳鈦Nickel-Titanium(NiTi)及臨床舌側(cè)矯治后期常用的兩種尺寸弓絲，0.016×0.022inch(0.41mm×0.56mm)和0.017×0.022inch(0.43mm×0.56mm)。2.將裝配的實體模型導(dǎo)入MSC.Patran軟件中，選擇四面體單元格對兩種舌

4、側(cè)托槽，相應(yīng)弓絲，結(jié)扎絲進行網(wǎng)格劃分，共計29023節(jié)點，95537單元格。3.將網(wǎng)格劃分完成的模型分三組:托槽組，弓絲組，結(jié)扎絲組分別導(dǎo)入MSC.Marc.Mentat2005R3軟件中，模擬臨床左上頜中切牙正轉(zhuǎn)矩加載。在每組模型右上頜弓絲末端截面選擇四個頂點及除左上頜中切牙的所有托槽底板選擇四個點進行固定，限制三維方向的旋轉(zhuǎn)及位移，以左上頜中切牙底板中心點為加力點，模擬臨床在不同弓絲尺寸及材質(zhì)條件下，兩種舌側(cè)托槽正轉(zhuǎn)矩加載20°，即

5、托槽以近遠中方向為旋轉(zhuǎn)軸，逆時針旋轉(zhuǎn)20°。記錄不同模型工況下左上頜中切牙加力點隨著轉(zhuǎn)矩角度的改變，轉(zhuǎn)矩力矩值，繪制各工況模型下轉(zhuǎn)矩角度/轉(zhuǎn)矩力矩曲線圖及最大轉(zhuǎn)矩力矩柱形圖。
　　結(jié)果:1.成功建立了符合臨床特點的前牙段Incognito個性化垂直槽溝舌側(cè)托槽和Kurz第七代水平槽溝舌側(cè)托槽及相匹配的弓絲結(jié)扎絲三維有限元模型，合理精確的網(wǎng)格劃分，使模型具有與臨床幾乎一致的幾何形態(tài)及力學(xué)特性。2.當(dāng)弓絲尺寸及弓絲材質(zhì)均不發(fā)生變化時，

6、兩種槽溝方向的舌側(cè)托槽產(chǎn)生了不同的轉(zhuǎn)矩力矩，垂直槽溝舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩為水平槽溝舌側(cè)托槽的1-2倍;弓絲因素改變對兩種舌側(cè)托槽產(chǎn)生的影響規(guī)律相同，當(dāng)弓絲材質(zhì)不變，弓絲尺寸改變時，兩種舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩均隨著轉(zhuǎn)矩角度的增大而增大，弓絲尺寸越大，轉(zhuǎn)矩力矩越大，以垂直槽溝舌側(cè)托槽為例，0.43mm×0.56mm尺寸弓絲的轉(zhuǎn)矩力矩約為0.41mm×0.56 mm尺寸弓絲的1-2.5倍;當(dāng)弓絲尺寸不變，弓絲材質(zhì)改變時，兩種舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩與弓絲材質(zhì)彈

7、性模量相關(guān)，彈性模量越大，轉(zhuǎn)矩力矩越大，以垂直槽溝舌側(cè)托槽為例，從NiTi變?yōu)門MA，或者TMA變成SS，NiTi變成SS，彈性模量差異越大，轉(zhuǎn)矩力矩倍數(shù)變化越大，從2.5-7倍不等;當(dāng)弓絲材質(zhì)及弓絲尺寸均發(fā)生變化時，兩種舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩變化最大，以垂直槽溝舌側(cè)托槽為例，轉(zhuǎn)矩力矩最大值變化可達3-8倍。3.將兩種不同槽溝方向舌側(cè)托槽對比來看，弓絲因素對兩者的影響規(guī)律和對兩者之中任意一種舌側(cè)托槽的影響規(guī)律相同，弓絲尺寸改變，在同一轉(zhuǎn)矩角度

8、下，垂直槽溝舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩值是水平槽溝舌側(cè)托槽的2-3倍;弓絲材質(zhì)改變，在同一轉(zhuǎn)矩角度下，垂直槽溝舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩值是水平槽溝舌側(cè)托槽的3-9倍;當(dāng)弓絲尺寸及材質(zhì)均發(fā)生改變時，在同一轉(zhuǎn)矩角度下，垂直槽溝舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩值是水平槽溝舌側(cè)托槽的5-10倍，大于僅弓絲材質(zhì)改變帶來的影響，更大于僅弓絲尺寸改變帶來的影響。
　　結(jié)論:1.利用Pro/E Wildfire5.0及MSC.Marc.系列軟件建立的三維有限元模型與臨床實際情況幾

9、何相似性及力學(xué)相似性強，具有可信的臨床模擬仿真性，可滿足類似臨床模擬加載工況的需要，可以有效地對舌側(cè)不同槽溝方向的舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩性能表達進行研究。2.兩種舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩均隨轉(zhuǎn)矩角度的增加而增大，增大的斜率略有不同，與弓絲的尺寸及彈性模量成正比。3.托槽槽溝方向?qū)ι鄠?cè)托槽轉(zhuǎn)矩性能表達有影響，隨著轉(zhuǎn)矩角度的增加，垂直槽溝舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩力矩約為水平槽溝舌側(cè)托槽的1-2倍，但其帶來的影響小于弓絲因素帶來的影響。4.弓絲因素對兩種舌側(cè)托槽的影響規(guī)律

10、相同，在同一轉(zhuǎn)矩角度下，弓絲尺寸對兩種舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩控制的影響小于弓絲材質(zhì)帶來的影響，而兩者協(xié)同改變的影響更大。5.臨床上垂直槽溝舌側(cè)托槽轉(zhuǎn)矩控制性能優(yōu)于水平槽溝舌側(cè)托槽，較小的轉(zhuǎn)矩角度可以實現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)矩效能，但是弓絲因素的選擇對轉(zhuǎn)矩力矩的影響更大，兩種尺寸SS絲產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩力矩較大，不適于臨床前牙轉(zhuǎn)矩的精細控制，NiTi絲產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩力輕柔，但成形性差，僅適于正畸早期排齊整平階段，而TMA絲產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩力適宜，0.41mm×0.56 mm及0