日常咀嚼力作用下全瓷冠疲勞強(qiáng)度可靠性分析.pdf

1、口腔修復(fù)體的優(yōu)化設(shè)計和預(yù)期使用壽命一直是口腔修復(fù)學(xué)的重要研究內(nèi)容。以往研究多是采用單因素、確定數(shù)值的分析方法（如測試標(biāo)準(zhǔn)材料試件的靜力斷裂極限值等），而修復(fù)體在實際行使功能過程中發(fā)生的損壞是多因數(shù)（如口腔環(huán)境、周期性咬合力、材料形態(tài)和性能等）共同作用的結(jié)果，且具有隨機(jī)性，是個概率事件?？煽啃岳碚摲治鍪且环N基于概率統(tǒng)計與數(shù)值計算的系統(tǒng)研究方法，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、電子、航空航天等行業(yè)。若將可靠性分析理論應(yīng)用于義齒的優(yōu)化設(shè)計以及壽命預(yù)測，

2、充分考慮口腔內(nèi)各種隨機(jī)因素的影響，將使分析能更接近于臨床實際。牙科陶瓷具有與天然牙相似的色澤和半透明性、生物相容性、抗腐蝕、抗老化，以及耐磨等性能。隨著人們審美需求的不斷提高，全瓷修復(fù)己發(fā)展成為口腔修復(fù)的主要趨勢之一。但是在臨床上，全瓷修復(fù)體在反復(fù)咀嚼功能狀態(tài)下，常常表現(xiàn)出并不令人滿意的遠(yuǎn)期效果。因此，本研究考慮全瓷冠的物理參數(shù)和所受載荷的隨機(jī)性，建立了全瓷冠可靠性分析模型。利用可靠性理論中的應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論，對循環(huán)咀嚼力荷載下的全瓷

3、冠的疲勞強(qiáng)度可靠性進(jìn)行初步分析，從而摸索出一套全瓷冠機(jī)械強(qiáng)度可靠性分析方法，為今后開展各類口腔修復(fù)體的可靠性研究打下基礎(chǔ)。
　　本文采用逆向工程技術(shù)，結(jié)合GeomagicStudio、CATIAV5、及ALGORV19軟件建立下頜第一磨牙全瓷冠可靠性分析模型；借助ALGOR有限元軟件中的FatigueWizard疲勞分析模塊對全瓷冠最易發(fā)生疲勞破壞的部位進(jìn)行壽命預(yù)測及安全評定；借鑒機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠度理論，確定全瓷冠疲勞可靠性分析中所需

4、要的各參數(shù)；通過查閱文獻(xiàn)及應(yīng)用概率統(tǒng)計的方法獲取日常咀嚼荷載譜、瓷材料S-N曲線、瓷材料疲勞極限曲線；采用正態(tài)-正態(tài)模型下的應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論對全瓷冠疲勞強(qiáng)度可靠度進(jìn)行計算，并觀察材料的疲勞極限強(qiáng)度與全瓷冠的可靠度隨時間的變化，并對其機(jī)理進(jìn)行分析。實驗結(jié)果為：
　　1.本研究采用3DSS激光掃描系統(tǒng)對模型進(jìn)行掃描，所得到外形特征精確，又不破壞標(biāo)本的完整性。CATIAV5建立的基牙與全瓷冠的實體模型具有很高的幾何相似性和力學(xué)相似性，

5、比較符合實際情況，因而能正確地反映所需要研究的臨床問題。
　　2.建立了下頜第一磨牙基牙預(yù)備后的精細(xì)的三維模型，網(wǎng)格劃分后的三維模型共有節(jié)點119924個，單元184986個。
　　3.靜力分析顯示最易發(fā)生破壞的部位為施加荷載的表面，其次為全瓷冠的頸部；全瓷冠的最大主應(yīng)力為32.25MPa；全瓷冠的最大主應(yīng)力出現(xiàn)在荷載加載部位，即日常咀嚼力作用下此處最易發(fā)生疲勞破壞，此外近中頸部邊緣應(yīng)力值也較大。
　　4.經(jīng)過ALGO

6、R軟件中的FatigueWizard分析模塊進(jìn)行模擬，設(shè)定全瓷冠預(yù)期壽命為10E+7，得到其安全系數(shù)最小為1.41；通過疲勞壽命（Log10壽命）曲線可以查取壽命最小的200個節(jié)點信息，約有60個節(jié)點的壽命小于10E+7次。安全系數(shù)最小的是編號為753的節(jié)點，位置位于加載區(qū)域內(nèi)，其安全系數(shù)的無修正值、Goodman修正值分別為2.05,1.41。
　　5.ShofuVintage材料的S-N曲線經(jīng)過曲線擬合后所得的應(yīng)力-壽命曲線方

7、程為ln(load)=ln(684.056)-0.041*lnN；根據(jù)疲勞極限曲線與Hertzian接觸理論，計算得出ShofuVintage瓷材料1年,5年,10年,15年,20年的疲勞極限強(qiáng)度95％可信區(qū)間分別為46.941MPa～58.886MPa,45.021MPa～56.619MPa,44.191MPa～55.629MPa,43.726MPa～55.096MPa,43.443MPa～54.657MPa。
　　6.通過應(yīng)力

8、-強(qiáng)度干涉理論，計算得1年,5年,10年,15年,20年時全瓷冠疲勞強(qiáng)度可靠度指標(biāo)分別為2.29,2.06,1.96,1.91,1.87；對應(yīng)的可靠度分別為98.89％,98.03％,97.50％,97.13％,96.93％。材料的疲勞強(qiáng)度和可靠度隨時間呈降低趨勢。
　　通過以上實驗結(jié)果可以得到以下結(jié)論：
　　1.本文采用逆向工程技術(shù)，使用3DSS彩色結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)，結(jié)合GeomagicStudio、CATIAV5及ALGO

9、RV19軟件建立下頜第一磨牙全瓷冠可靠性分析模型。通過ALGOR軟件對周期性咬合力作用下的全瓷冠進(jìn)行了靜力學(xué)分析以及疲勞強(qiáng)度分析，確定了全瓷冠易發(fā)生疲勞破壞的部位，并對全瓷冠進(jìn)行了安全評定，疲勞分析表明全瓷冠的疲勞性能可以滿足設(shè)計要求。得到其最易發(fā)生疲勞破壞的位置為咬合面加載區(qū)域?；谝陨涎芯拷⒘艘惶兹晒谄趶?qiáng)度分析的模型，為今后開展其他修復(fù)體的疲勞分析打下了基礎(chǔ)。
　　2.通過對全瓷冠外部交變荷載作用和陶瓷材料的疲勞抗力強(qiáng)度