DamonQ自锁系统中运用双丝技术的力学性能有限元分析

发布时间：2017-12-18 23:31

  本文关键词：DamonQ自锁系统中运用双丝技术的力学性能有限元分析

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【摘要】：目的:用三维有限元的方法,建立不同尺寸、不同材质的方丝和圆丝以及DamonQ托槽的数字化有限元模型。通过对比分析单方丝、单圆丝、方-圆双丝和圆-圆双丝的转矩、倾斜的力学性能特点,认识不同尺寸、材质、形态的双弓丝组合下的力学机制,探索Damon系统双丝技术的力学性能及其受弓丝因素和托槽因素影响的规律。方法:1.在Pro/Engineer Wildfire5.0三维建模软件中分别建立中切牙、侧切牙、尖牙的Damon Q(Ormco,Glendora,CA,美国)托槽和弓丝模型,共29组:托槽槽沟尺寸为0.022×0.028 inch;弓丝尺寸分别为0.016×0.025 inch(0.41×0.64 mm~2)方丝和0.012,0.014,0.016 inch(直径0.30 mm,0.36 mm,0.41 mm)圆丝,弓丝长度为30 mm,并以STEP格式保存。2.将装配完成的DamonQ托槽弓丝模型导入CADfix8.0软件进行修复,利用该软件快速而全面的NURBS曲面修复功能,去除重复点、边线以及修复不连续面等模型问题。3.将实体模型以IGES格式导入MSC.Marc.Patran2005R3软件中分组,进行有限元单元的网格划分,获得最终带不同弓丝组合的Damon Q托槽的有限元模型。4.通过MSC.Marc.Mentat2005R3软件,对模型进行不同的边界条件、材料特性、摩擦系数、接触关系等参数的设定,以侧切牙托槽槽沟中心处节点为中心点,转矩旋转位移施加形式以Y轴水平为轴心,施加逆时针旋转20°,倾斜旋转位移施加形式以Z轴水平为轴心,施加顺时针旋转20°。5.应用MSC.Marc.Mentat2005R3软件收集各工况下托槽转矩、倾斜移动时所受到弓丝的反作用力,并绘制相应的力矩/角度曲线图和柱状图。结果:1.DamonQ的单、双丝系统产生了相似变化的转矩力矩/角度载荷曲线图:随角度的增大,转矩力矩值增大。单方丝与不同双丝转矩力学性能比较:方-圆双丝转矩力最大,其次是单方丝,再次是圆-圆双丝;方-圆双丝力矩值约为圆-圆双丝2~8倍,单方丝约为圆-圆双丝1~5倍。圆-圆双丝力学性能比较发现,辅弓为澳丝的圆-圆双丝产生的力矩值约为辅弓为镍钛丝的圆-圆双丝的3倍。2.单方丝、方-圆双丝和圆-圆双丝倾斜移动时,随着主弓丝和辅弓丝尺寸增大,力值增大,且辅弓丝影响大于主弓丝。3.0.016 inch、0.014 inch、0.012 inch辅弓单丝倾斜力矩值分别约为同尺寸主弓单丝的8.36、4.39、4.66倍。4.转矩载荷曲线结果显示,16×25 NiTi,12NiTi+16×25NiTi,14NiTi+16×25 NiTi,16NiTi+16×25NiTi出现第一拐点分别约在8°、7°、4°、1°。倾斜的结果显示,16×25 NiTi,12NiTi+16×25 NiTi,14NiTi+16×25 NiTi,16NiTi+16×25NiTi出现第一拐点分别约在5°、4°、2.5°、0.5°,同角度下,倾斜力矩值大于转矩力矩值。结论:1.使用多种软件构建带双弓丝的DamonQ托槽有限元模型,能够为不同尺寸、不同材质组合下的双丝在DamonQ系统中的生物力学性能分析提供可靠的研究平台。2.方-圆双丝在转矩角8°前,主要受到辅弓圆丝的作用,8°后受两者协同作用;圆-圆双丝由于主弓丝为圆丝无转矩效应,仅受辅弓圆丝的作用。3.DamonQ系统中方-圆双丝协同作用增强其控根的效力。圆-圆双丝的力臂约为单方丝力臂的2倍,而力臂越大,力值越小,因此圆-圆双丝的力量更为柔和。4.DamonQ托槽在双丝协同作用下的倾斜力矩值比同尺寸单丝的倾斜力矩值更大,随着倾斜角度增大,倾斜力矩值增大,并随着主弓丝和辅弓丝尺寸的增大,倾斜力值增大。双丝倾斜作用的主要力值来源于辅弓丝的作用,主弓丝的影响小于辅弓丝的影响。5.用方丝排齐牙齿时发现,倾斜移动时托槽与弓丝间的余隙小于转矩移动时的余隙,且相同角度下,倾斜力矩值大于转矩力矩值。6.临床上,前牙区牙齿倾斜较大时,可以用单丝排齐,倾斜角度减小后加入双丝进一步改正牙齿的倾斜。控根初期,可考虑圆-圆双丝辅助控根,矫治中期,使用方-圆双丝控根,力值柔和可减少根吸收。7.本研究为DamonQ托槽在临床上应用双丝技术提供理论依据。
【学位授予单位】：西南医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R783.5

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