传统托槽与被动自锁托槽扭转性能的三维有限元分析
作者单位：西南医科大学
学位级别：硕士
导师姓名：黄跃
授予年度：2017年
学科分类：1003[医学-口腔医学] 100302[医学-口腔临床医学] 10[医学]
摘 要：目的:本文通过建立传统托槽与被动自锁托槽装配镍钛圆丝的三维有限元模型,分析不同托槽扭转性能的差异;同时针对双槽沟被动自锁托槽装配辅弓丝后的有限元模型进行扭转性能研究分析。从而探讨不同托槽扭转性能特点及其规律,以及双槽沟被动自锁托槽采用双丝技术的扭转性能特点及优势。方法:1、运用Pro/Engineer Wildfire5.0绘制HX、Mini Uni-Twin、3M Smartclip、DamonQ金属托槽的中切牙、侧切牙、尖牙模型各一个,并绘制0.012、0.014、0.016、0.018、0.014×0.025inch镍钛丝(长30mm)及对应弓丝尺寸的结扎丝;同时,在Pro/E软件中新建组件,将相应托槽、弓丝、结扎丝(或滑盖)进行导入后装配,最终获得单、双丝实体模型,共29组实验模型。2、将所得模型进行另存副本为STEP格式后,导入*** 2005R3软件中,对托槽、弓丝、结扎丝(或滑盖)分别进行网格划分,最后在仅保存节点和元素后将所得文件以IGS格式导出。3、再将导出的IGS文件导入*** 2010R3中,设置相应参数,进而完成三维有限元模型的建立。4、实验共分为两部分:实验一为传统托槽与被动自锁托槽扭转性能的对比研究,即将各单丝实验组进行比较,实验组共16组;实验二为双槽沟被动自锁系统扭转性能的对比分析,即为DamonQ装配单、双丝后的比较分析,实验组共17组。5、获得三维有限元模型后,依次进行相应参数设定,随后分别对中切牙及尖牙托槽进行边界固定,最后于侧切牙托槽中心稍靠近近中侧选择一点进行扭转20°的力量加载。6、收集所得数据后,绘制相应曲线图,并对各实验组结果进行分析讨论。结果:1、由实验一得出:托槽与弓丝尺寸一致时,扭转角度与扭转力矩值呈正相关;托槽与扭转角度相同时,扭转力矩值随弓丝尺寸增加而增加;弓丝尺寸与扭转角度相同时,DamonQ组扭转力矩值最小,HX实验组最大,而MUT实验组所得数值与HX相近,在各弓丝尺寸下所得力矩值均稍小于HX组,3M组力矩值则介于MUT与DamonQ组之间。将各实验组所得数据绘制成扭转力矩值/扭转角度曲线图可知:从整体曲线趋势来看,扭转力矩值以HXMUT3MDamonQ呈现一定规律;MUT组与HX组数据均由0°时出现曲线拐点;DamonQ组随弓丝尺寸增加,分别于12°、9.6°、8.4°、7.6°开始出现拐点;3M组则分别于8.4°、6°、5.2°、4.4°开始出现拐点。由应力分布图可知,当发生扭转时,应力主要集中于受力托槽近远中靠近边缘处。2、由实验二得出:无论是单丝组还是双丝组,扭转力矩值均与扭转角度呈正比,且随弓丝尺寸增加而增加。当主弓丝尺寸相同时,单丝组扭转力矩值均小于对应双丝组,且呈倍数关系。当主弓丝尺寸不同时,除弓丝尺寸为0.018NiTi圆丝的单丝实验组力矩值大于0.012+0.012NiTi、0.014+0.012NiTi圆-圆双丝外,其余单圆丝组扭矩值均小于圆-圆双丝组;而主弓丝尺寸为0.014×0.025NiTi方丝时,其单丝组力矩值明显大于所有单圆丝及圆-圆双丝组;圆-圆双丝实验组中,当主弓丝与辅弓丝尺寸相加和相同时两弓丝尺寸差别越大测得的力矩值越小。由曲线图可知,双丝组出现拐点的角度明显小于单丝组。3、对比实验一与实验二得出:同为被动自锁托槽,与DamonQ圆-圆双丝组相比,除主弓丝为0.018NiTi圆丝时3M组扭矩值大于0.018+0.012NiTi圆-圆双丝外,其余单丝组所得扭矩值均小于双丝组;由曲线图可知,3M组出现拐点的角度介于DamonQ单、双丝组之间。与传统结扎方式托槽相比,除弓丝尺寸为0.012NiTi圆丝外,MUT、HX托槽装配其他尺寸弓丝后其扭转力矩值大于部分双丝组数值,当弓丝尺寸为0.018NiTi圆丝时测得扭转力矩值仅稍小于0.018+0.016NiTi圆-圆双丝组;由曲线图可知,MUT与HX实验组出现拐点的角度均小于双丝组。结论:1、托槽的扭转性能与槽沟长度、结扎方式、弓丝尺寸等关系密切。2、传统结扎方式托槽扭转性能明显高于被动自锁托槽,且在单丝作用下DamonQ托槽的扭转性能最差。3、DamonQ托槽双丝的扭转性能较单丝更具优势,合理使用辅助性水平槽沟有助于被动自锁托槽矫正扭转牙。4、在临床实际应用中,应根据患者实际情况来选择合适的托槽或是恰当的弓丝搭配,以便获得更高效、稳定的扭转控制。
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