悬臂梁长度对种植牙周骨界面应力分布规律影响的三维有限元分析

目的：为了探讨悬臂梁的存在及其长度对种植牙周骨界面应力传递、分布规律的影响。方法：采用三维有限元方法,从理论上探讨了悬臂染的存在及其长度对种植牙周骨界面应力传递、分布规律。结果：悬臂梁存在时,加大了靠近悬臂梁端种植牙周颈部骨内的是大压应力、最大拉应力,随悬臂梁长度的增加,其应力也随之增加。统计学比较相互间有显著差异性,P＜0.0001。颈周密质骨横断面观,见悬臂梁式种植牙最大压应力位于靠近悬臂梁端种植牙远中侧,最大拉应力侧位于近中侧。结论：悬臂梁的存在及长度的增加,使靠近悬臂染侧种植牙颈周应力比近中种植牙颈周骨内应力加大显著,各种植政牙间骨内应力分布不均悬臂梁的存在,加大了靠近悬臂梁侧种植牙颈周的是大拉、压应力,使颈部应力集中更加明显,应力完全由颈周密质骨承担,使种植牙周颈部骨吸收更加剧。     

惯性载荷对截肢患者残肢/接受腔界面应力的影响研究

接受腔/残肢界面压力分布特征是假肢优化设计的基础,传统的有限元模型只限于静态分析,不符合实际情况。本文以小腿截肢患者为研究对象,建立了三维非线性有限元模型,给出了一个步态周期内残肢界面压力的变化规律,并对惯性载荷的影响进行了定量比较。结果表明:界面压力主要分布在髌韧带、胫骨内外侧和窝区,一个平地正常速度行走的步态周期内,站立相压力变化呈双峰蝶形,惯性载荷引起的平均压力幅值变化为8.4%;而在摆动相压力幅值变化高达20.1%,并且变化规律相反。行走过程中惯性载荷的影响不能忽略。     

螺旋型种植牙受力角度对骨界面应力分布影响的三维有限元分析

为了探讨受力角度对螺旋型种植牙周骨界面应力分布规律的影响，本实验采用三维有限元方法，在相同载荷不同受力角度时，对单个螺旋型种植牙骨界面的应力分布特点进行了比较分析。结果表明：种植牙受力角度的增加，主要对种植牙颈周密质骨影响明显，受力角度越大，应力就越大。颈部应力与种植牙受力角度成正比。颈部位移运动随种植牙受力角度的增加而增加。侧向载荷时，以水平向危害最大。     

螺旋型种植牙受力角度对骨界面应力分布影响的三维有限元分析

为了探讨受力角度对螺旋型种植牙周骨界面应力分布规律的影响，本实验采用三维有限元方法，在相同载荷不同受力角度时，对单个螺旋型种植牙骨界面的应力分布特点进行了比较分析。结果表明：种植牙受力角度的增加，主要对种植牙颈周密质骨影响明显，受力角度越大，应力就越大。颈部应力与种植牙受力角度成正比。颈部位移运动随种植牙受力角度的增加而增加。侧向载荷时，以水平向危害最大。     

影响人工种植牙-骨界面应力分布规律因素的多元逐步回归分析

目的：为了探讨人工种植牙－骨界面应力分布规律。方法：应用三维有限元和多元逐步回归分析方法,对影响骨界面应力分布的一些因素,根据种植牙颈周骨内应力值进行了统计分析。结果：找出了影响种植牙周骨界面应力分布的主要因素,建立了回归方程,揭示了不同影响因素与颈部应力分布规律间的数量关系。结论：影响种植牙周颈部骨内应力和大小的最主要因素是悬臂梁的存在、多个种植牙上部结构杆的连接及受力角度的改变。单个种植牙种植时,影响颈周应力集中是载荷角度的改变。     

粘接剂厚度对IPS Empress II 全瓷冠应力的影响分析

目的 本研究利用数值分析方法研究3M ESPE RelyX ARC粘接剂厚度对IPS Empress II全瓷冠各组成部分应力水平的影响。方法 建立粘接剂厚度分别为60、90、120和150μm的四种全瓷冠数值模型,施加四种不同的载荷加载方式,用数值计算方法分析全瓷冠的各组成部分的应力极值和应力分布进行分析。结果 当粘接剂的厚度从60μm增大到90μm时,全瓷冠饰面瓷和核瓷的张应力极值都有所降低;而当厚度增至120μm时,瓷冠的应力水平有所提高,当厚度继续增大为150μm时,饰面瓷和核瓷的应力极值显著增大。结论 粘接剂内部的正应力在粘接剂厚度为90-120μm时维持在一个较低的水平。当粘接剂厚度达到90μm以上时,剪应力幅值变化不大。当粘接剂厚度维持在90μm附近时,可以降低各瓷层内部的应力水平。粘接剂主要以剪切的方式破坏,粘接剂剪切强度是一个值得注意的问题。     

TM种植体骨界面应力分布的有限元分析

背景：种植体形态是决定种植体骨界面应力分布的重要因素之一。探讨顺应人体正常颌骨解剖形态的TM种植体骨界面的应力分布特征对临床医生选择和设计种植体有指导意义。 目的：观察集中荷载作用下TM种植体及其周围骨组织应力分布的特征。 方法：通过逆向工程技术,将二维下颌骨CT图片转化为三维实体模型,并建立3种包含不同锥度的TM种植体真实下颌骨B/2类骨质的有限元模型,利用有限元技术研究两种加载方式下TM种植体骨界面应力分布特征。 结果与结论：垂直加载时,对于锥度较大的TM种植体周边密质骨承受较小的应力;斜向加载时,对于锥度较大的TM种植体周边密质骨和松质骨承受较大的应力;种植体颈部,密质骨上缘与种植体接触处和种植体底部松质骨出现明显应力集中现象,斜向荷载下种植体骨界面的应力分布显著高于垂直荷载下的应力分布。从1/2长度开始变化的TM种植体骨界面在垂直荷载下表现出较好的应力分布特征。     

长径比差异对牙种植体-颌骨界面的应力分布影响

目的探讨不同长径比下牙种植体-颌骨界面的应力分布差异,为新型牙种植体结构的设计提供依据。方法运用Geomagic studio、SolidWorks和ANSYS Workbench软件建立下颌骨三维有限元模型,并根据种植体颈部有、无螺纹分成A、B两组进行仿真实验,对下颌磨牙分别施加不同的斜向咬合力和垂直向咬合力,对比分析牙种植体和周围骨组织的应力分布情况。结果长径比相同的情况下,同一种植体模型在斜向载荷作用下的等效应力峰值明显高于垂直载荷;在斜向和垂直两种载荷作用下,A、B组种植体模型应力主要集中于种植体颈部。斜向载荷作用下,A、B组种植体应力变化范围分别为144.74～374.67、161.52～475.38 MPa;垂直载荷作用下,A、B组种植体应力变化范围分别为101.28～187.40、110.08～210.32 MPa,A组种植体模型最大应力显著小于B组。结论临床上医生可根据长径比2.67初步选择标准种植体,同时结合患者颌骨状况进行选择。     

粘接剂吸水老化对CAD/CAM二硅酸锂单层瓷冠触压承载能力的影响

目的 利用实验和数值模拟方法对CAD/CAM二硅酸锂单层冠的触压破坏进行分析,研究粘接剂吸水老化对瓷冠承载能力的影响。方法 设计并制作二硅酸锂单层冠切片试件,平均分组保存于空气和水环境中30 d后进行触压实验,对比分析其承载力;通过电子扫描显微镜对切片试件的断裂面和粘接界面进行观察;利用数值模拟方法计算瓷冠的应力分布,分析单层冠承载能力受粘接剂老化的影响。结果 保存于空气中的单层切片全瓷冠承载力为(561.51±65.66) N,粘接剂吸水老化后单层冠承载力为(398.09±90.20) N,有显著性差异;粘接剂老化后粘接强度降低,导致瓷层下表面处拉应力增大,使得单层冠更易产生破坏。结论 粘接剂遇水老化使界面的粘接力下降,改变了单层冠承载时的应力分布,降低了单层冠的承载能力。研究结果为临床中CAD/CAM单层冠修复系统的设计和制备提供参考依据。     

种植体结构改变对种植体-骨界面皮质骨区应力影响的三维有限元分析

背景：种植体-骨界面的生物力学效应是骨吸收重要的影响因素之一。模仿天然牙周膜的新结构种植体或可改善其界面应力的分布情况。 目的：探讨不同的咬合负载条件下,改变传统种植体内部结构对种植体-骨界面皮质骨区应力分布、峰值的影响,为新结构种植体的优化设计及临床应用提供理论依据。 方法：用Pro/ENGINEER软件建立新结构的种植体(模型A)与无螺纹的传统柱状种植体(模型B)的数字模型,采用Ansys软件分析在相同骨质及相同受力环境下种植体-骨界面皮质骨区应力峰值、应力带分布的变化规律。 结果与结论：垂直加载时,模型A在不同受力大小时应力峰值均较模型B降低17.54%;45°加载时,模型A应力峰值较模型B降低(2.59%),模型B的高应力区向颊侧集中趋势明显。咀嚼模拟加载时,模型A的应力峰值均较模型B低,其差值在施力方向与种植体轴向夹角(β)等于12°时最大(0.353 2 MPa),在β > 12°后逐渐减小;并且模型A在促进骨组织生长最适应力峰值、维持骨组织健康应力峰值两个量化指标中,均比模型B适用角度范围大(A：0°-28°,0°-58°;B：0°-24°,0°-56°)。提示优化设计种植体结构的改变可改善种植体-骨界面皮质骨区的应力分布,降低应力峰值,可在更大范围内降低骨皮质吸收的风险。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

不同粘接剂材料对全瓷修复应力分布影响的数值研究

目的研究不同粘接剂材料对全瓷修复应力分布的影响。方法采用螺旋CT扫描和CAD建模技术相结合的方法,建立下颌第1磨牙全瓷修复系统模型,选取临床上常见的4种树脂粘接剂材料(Duo Cement、Lute-It、Rely-X ARC、VariolinkⅡ),用ABAQUS软件计算应力分布。结果使用低填料型Lute-It粘接剂时粘接界面的应力最大。从黏弹性力学角度看,具有较大储能模量和损耗模量的树脂粘接剂会产生较低的应力极值。结论建议临床上采用高填料型且具有较大储能模量和损耗模量系数的树脂粘接剂。     

具有多孔和支撑结构的修复体重建下颌骨节段性缺损的生物力学研究

目的 设计一种具有多孔和支撑结构的个性化钛下颌修复体,通过有限元分析其应力分布特征,评估修复体的临床应用价值及应用前景。方法 拔除比格犬右侧下颌第4前磨牙及磨牙,愈合3个月后拍摄螺旋CT并建立下颌三维模型,模拟手术过程切除3 cm下颌骨并用个性化修复体重建,该修复体由基牙、支柱、实体单元、多孔单元及固位单元组成。建立个性化钛下颌修复体有限元模型A,分析负荷时修复体的峰值应力,当构成假体每部分的最大应力均小于其材料的屈服强度时进行下一步研究;构建假体、下颌骨以及螺钉装配完成的有限元模型B,加载咀嚼力,记录下颌骨的应力、应变及位移分布。结果 当基牙垂直加载载荷100 N时,修复体实体、多孔结构的峰值应力分别为147.03、75.36 MPa,均小于其材料的屈服强度;皮质骨、松质骨的的峰值应力分别为53.713、4.216 7 MPa,应变分别为3.753 6、3.562 5;修复体最大位移338.3 μm。结论 以犬下颌骨为例,通过有限元分析表明,设计的具有多孔和支撑结构的个性化修复体应力分布均匀,具有较好的力学性能。研究结果为修复下颌骨缺损的假体设计提供了一种新方法。     

壁面厚度对一体化小腿假肢应力分布的影响

一体化假肢是以聚合物为材料从接受腔到假腿一体成型的新型下肢假肢 ,它比传统型假肢更经济、美观、轻便 ,具有较大的应用前景。如同传统假肢 ,应力分析对于一体化假肢的构型设计和优化具有重要的意义。由于假肢中的应力大小及分布与其所用材料的力学特性密切相关。本文的工作是基于一实验用内骨架一体化小腿假肢的真实几何构型 ,考虑残端软组织和骨 ,建立一体化小腿假肢的三维有限元模型 ;在保持假肢的几何形状不变的前提下 ,建立三个不同壁面厚度的一体化小腿假肢的三维模型 ,应用有限元分析方法 ,计算这些模型在模拟 Heel Off步态时相的载荷作用下的应力分布 ,分析壁面厚度对一体化小腿假肢应力分布的影响 ,为一体化小腿假肢壁面厚度的设计标准提供参考。结果表明 ,可以通过适当增加壁面厚度来减小一体化假肢的应力及软组织表面的压力。     

Stress Transfer Modeling at the Interface of Cemented Prosthesis and Femur

Objective：To model the stress transfer at the interface of the cemented prosthesis and femur, an axisymmetric model of the interfacial stress transfer was established. Methods ： Assuming that the prosthesis, the cement and the femur were concentric cylinders with linear elastic and isotropic properties, distributions of the axial stresses in the prosthesis, the cement and the femur as well as the interfacial shear stresses at the prosthesis/cement interface and the cement/femur interface in the axial direction were obtained from the established axisymmetric stress transfer model. Results ： Interfacial failure was the main form for the prosthesis/cement/femur structure under external loads. Considering the residual thermal stresses, it was more likely to produce the mixed failure form than the pure shear failure form. Since the cement had a relatively high thermal expansion coefficient, the thermal effect accelerated the interface failure and thus aggravated the stress shielding effect. Due to a relatively high thermal residual temperature difference, the interfacial debonding and femur failure was more likely to occur for the cobalt-chromium alloy prosthesis material than the Ti-6A1-4V alloy prosthesis material. Conclusion： Assuming that the prosthesis, the cement and the femur are concentric cylinders with linear elastic and isotropic properties, distributions of the axial stresses in the prosthesis, the cement and the femur as well as the interfacial shear stresses at the prosthesis/cement interface and the cement/femur interface in the axial direction was obtained using the basic equations of axisymmetric elastic mechanics when the prosthesis bears the compressive stresses. Interface failure is the main failure form for the prosthesis/cement/femur structure under external loads. The thermal effects accelerate the failure of the prosthesis/cement interface and the cement/femur interface and the relaxation of the prosthesis, and then aggravates the stress shielding effect of the femur. Also, the thermal     

上颌扩弓对颞下颌关节应力影响的有限元分析

目的 通过三维有限元法对比扩弓前和放置扩弓器时颞下颌关节(temporomandibular joint, TMJ)内部各组织应力分布情况。方法 根据1名上颌牙弓狭窄患者CBCT影像资料,构建扩弓前和包含扩弓器的TMJ三维有限元模型,对模型加载相同的肌力和边界约束,观察TMJ髁突、关节盘、关节窝的等效应力、最大主应力和最小主应力。结果 扩弓前TMJ等效应力主要分布在下颌支前缘、髁突前斜面、关节盘中间带和后带以及关节窝顶部。放置扩弓器时,TMJ应力分布特征与扩弓前基本一致,应力虽然明显增加,但应力分布区域更加均匀;髁突和关节盘应力向前、向外侧移动,髁突后斜面表现出更加均匀的最大主应力分布范围。结论 上颌扩弓器产生的矫形力能够使TMJ应力增加,诱导髁突发生组织改建,协调髁突和关节盘的关系。临床上对于牙弓狭窄的患者应该采用合适的手段进行扩弓矫治。     

UKA胫骨托盘背部设计对骨-假体固定界面的生物力学影响

目的 研究UKA胫骨托盘背部设计对单髁膝关节置换（unicompartmental knee arthroplasty, UKA）骨-假体固定界面的生物力学影响。方法 构建膝关节内侧置换的固定式UKA有限元模型,以膝关节行走运动下的关节载荷和关节运动为边界条件,对比研究大龙骨型、小龙骨型、两立柱带鳍骨型、三斜立柱型和三直立柱型UKA胫骨托盘背部设计下胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力以及微动的差异。结果 在膝关节内侧最大受力时刻,相对于两立柱带鳍骨型的胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力和微动;大龙骨型分别减小8%和15.9%、增大9.9%;小龙骨型分别减小12.3%、增大7.5%和1.6%;三斜立柱型分别减小10%和10.5%、增大1.2%;三直立柱型分别减小7.7%、14.7%、1.6%。而骨-假体固定界面的最大微动发生在步态周期21%时刻,相对于两立柱带鳍骨型的骨-假体固定界面微动,大龙骨型增大1.2%,小龙骨型增大1.6%,三斜立柱型减小0.4%,三直立柱型减小2.3%。结论 为了提高胫骨假体的长期固定效果,建议UKA胫骨托盘设计应重点考虑两直立柱带鳍骨或小龙骨的组合设计,从而有效地平衡应力传递和界面微动,在保证假体稳定性的同时降低无菌性松动的风险。     

双头螺钉对三柱截骨术后多棒结构稳定性的影响

目的 通过有限元分析比较双头螺钉与传统连接器多棒结构在脊柱后路三柱截骨术后矫形固定的稳定特性。方法 基于重度脊柱角状后凸患者术后CT数据建立T3~L4胸腰椎有限元模型。在患者标准双棒模型（2R）基础上,分别建立双头螺钉多棒结构模型（double-head screws,4R-DHS）和传统连接器多棒结构模型（traditional connectors,4R-TC）。在300 N随动载荷和7.5 N·m力矩载荷下对模型进行评估,分析两种多棒结构的稳定性、主棒上最大von Mises应力及应力分布。结果 两种多棒结构的稳定性差异不大。相比于4R-TC,4R-DHS 除了后伸时主棒上最大von Mises应力略有增加外,其余运动中主棒上最大von Mises应力均有所下降（屈曲、左侧弯、左侧弯、右侧弯、左轴向旋转、右轴向旋转应力分别下降7.2%、8.8%、8.7%、18.5%、16.9%）,并且应力分布更加均匀。结论 双头螺钉多棒结构相比于传统连接器多棒结构可以降低主棒上的最大应力,且不存在连接器附近主棒应力集中的问题,可以更有效降低内固定失效风险。     

支架作用下主动脉血管壁应力分析

目的 利用有限元方法模拟主动脉覆膜支架与考虑残余应力的主动脉血管壁的耦合作用,研究支架对主动脉血管壁应力分布的影响.方法 采用应力驱动的主动脉各向异性生长模型,降低轴向和周向跨壁应力梯度,从而在理想化健康人双层主动脉模型中生成三维残余应力场;建立覆膜支架模型实现其虚拟植入;对覆膜支架作用下的主动脉血管壁进行应力分析.结...     

不同固定方式对股骨颈骨折固定效果的影响

目的研究5种不同空间构型空心螺钉对股骨颈骨折固定效果的影响。方法将股骨CT图像通过逆向重建获得PauwelsⅠ、Ⅱ、Ⅲ型股骨颈骨折几何模型。基于有限元分析软件ANSYS,获取不同内固定方式下内固定物与股骨颈头侧、干侧的应力分布,以及模型的位移分布。结果对于PauwelsⅠ、Ⅱ、Ⅲ型股骨颈骨折,倒三角置钉、两根平行钉、两根平行钉固定方式下股骨颈头侧应力峰值分别最大;倒三角置钉、倒三角置钉、两根平行钉固定方式下股骨颈干侧应力峰值分别最大,交叉置钉固定方式下内固定物应力峰值最小,强斜置钉固定方式下位移峰值最小。结论交叉置钉的固定方式螺钉变形断裂几率最小,倒三角置钉固定方式可为骨折处提供良好的力学环境。对于PauwelsⅠ、Ⅲ型骨折,强斜置钉固定方式预防股骨颈短缩的能力最强;而对于PauwelsⅡ型骨折而言,交叉置钉固定方式预防股骨颈短缩的能力最强。