توصيفگر ها :
ايمپلنت دندان , سراميك زيركونيا , ريزشكاف , عمر خستگي , استخوان اسفنجي , پيش‌بار , جويدن , مواد شكننده
چكيده فارسي :
بررسي ريزشكاف‌ها، تنش و عمر خستگي در ايمپلنت‌هاي دندان از منظر باليني بسيار مهم مي‌باشد. هدف از اين پژوهش اجراي يك شبيه‌سازي عددي به روش اجزاي محدود براي تحليل يك ايمپلنت زيركونياي دوتكه و بررسي تاثير افزايش پيش‌بار بر روي تنش در قطعه‌هاي آن و ريزشكاف‌ها و در پايان يافتن پيش‌بار مناسب براي اعمال به پيچ مي‌باشد.
پژوهش در دو بخش اعمال بارگذاري ثابت به منظور شبيه‌سازي فشار دندان‌ها بر يكديگر و بارگذاري چرخه‌اي به منظور شبيه‌سازي عمل جويدن صورت گرفته است. مدل شامل استخوان اسفنجي و سخت، تاج ساده‌سازي شده، تكيه‌گاه، پيچ و پايه كه از نوع قرارگيري در سطح استخوان و اتصال داخلي مخروطي مي‌باشد، در نرم‌افزار آباكوس مدلسازي شد. به‌منظور شبيه‌سازي دقيق‌تر استخوان مقطع عكس‌برداري شده از استخوان فك يك انسان كه توسط يك پژوهش ارائه شده بود استفاده شد. پايه با قطر 8/4 ميلي‌متر و طول 10 ميلي‌متر براي بررسي مدلسازي شد. به پيچ مقدار اوليه‌ي 300 نيوتن به عنوان پيش‌بار و پس از آن بارگذاري ثابت 250 نيوتن به منظور شبيه‌سازي فشار دندان‌ها بر روي يكديگر از راستاي طولي دهان به سطح تاج اعمال شد. سپس با تغيير پيش‌بار در محدوده‌ي 300 تا 500 نيوتن تغييرات تنش و ريزشكاف مشاهده و مقدار مناسب براي پيش‌بار در اين محدوده انتخاب شد. در پايان هم عمر اجزاي ساخته شده از سراميك زيركونيا و پيچ ساخته شده از آلياژ Ti6AL4V با اعمال بارگذاري چرخه‌اي با دامنه‌ي 0 تا 100 نيوتن، براي شبيه‌سازي بارگذاري ناشي از جويدن، توسط نرم افزار اف‌اي‌سيف تخمين زده شد.
به منظور بالا بردن اعتبار نتايج شبيه‌سازي اجزاي محدود فرآيند استقلال حل از شبكه براي بيشينه‌ي تنش در قطعه‌ها و ريزشكاف‌ها اعمال شد. سپس از براي اطمينان بيشتر در شبيه‌سازي هم دو مرحله راستي‌آزمايي با دو پژوهش مختلف انجام شد. در ابتدا براي بارگذاري ناشي از فشار دندان‌ها و ايجاد ريزشكاف مقايسه با يك پژوهش عددي انجام شد و در ادامه براي بررسي صحت تخمين عمر، مقايسه‌اي با يك پژوهش تجربي انجام شد.
مشاهده شد كه تحت بارگذاري با زاويه‌ي بيشتر از 30 درجه مقدار ريزشكاف‌ها به شدت رو به افزايش مي‌رود و در پايان نتايج نشان داد كه با بيشتر كردن مقدار پيش‌بار تا حد ممكن مي‌توان ريزشكاف ها را تا بين 9 تا 12 درصد كاهش داد، كه از ديدگاه باليني مقدار قابل توجهي است، چرا كه مي‌تواند باعث كاهش تجمع باكتري در ريزشكاف‌هاي بين پايه و تكيه‌گاه شود.
از طرفي مشاهده شد كه تغيير جنس قطعه‌ها از تيتانيوم به زيركونيا باعث تغيير قطعه‌ي خطرناك از تكيه‌گاه به پايه مي‌شود، چرا كه تكيه‌گاه در تنش برشي هشت وجهي(فون-ميزز) مقدار خطرناك‌تري را نشان مي‌دهد اما پايه در مقدار تنش‌هاي اصلي فشاري و كششي مقادير خطرناك‌تري نسبت به تكيه‌گاه دارد و با توجه به اين كه آلياژ تيتانيوم-آلومينيوم جز مواد تغيير شكل پذير و سراميك زيركونيا جز مواد شكننده دسته‌بندي مي‌شوند، قطعه‌ي خطرناك از ديدگاه شكست استاتيكي در دو جنس مختلف متفاوت مي‌شود. در پايان نتيجه‌گيري شد كه به ويژه در بارگذاري‌هاي با زاويه‌ي بيشتر از 30 درجه كه باعث خمش بيشتر و خطرناك‌تر شدن ناحيه‌ي كشش مي‌شود، بايد در انتخاب پايه بسيار دقت شود و توصيه مي‌شود حتي در نواحي با زاويه‌ي بارگذاري بالا از پايه‌هاي تيتانيومي استفاده شود.
چكيده انگليسي :
The investigation of microgaps, stress, and fatigue life in dental implants is crucial from a clinical perspective. The aim of this study was to perform a numerical simulation using the finite element method to analyze a two-piece zirconia dental implant and investigate the effect of preload on stress distribution within its components and the occurrence of microgaps. Ultimately, the appropriate preload for screw tightening was determined. The research was divided into two part, first static loading applied to simulate tooth pressure on each other then cyclic loading applied to simulate chewing behavior. The model included cancellous and cortical bone, a simplified crown, abutment, screw, and fixture. An imaging-based cross-sectional bone model from a human mandible was used for more accurate bone simulation. The base, with a diameter of 4.8 mm and a length of 10 mm, was subjected to an initial preload of 300 N, followed by a static load of 250 N to simulate tooth pressure along the longitudinal axis of the jaw. By varying the preload within the range of 300 to 500 N, changes in stress and microcracks were observed, leading to the selection of an appropriate preload value. Furthermore, the fatigue life of components made from zirconia ceramic and a Ti6AL4V alloy screw was estimated using cyclic loading in the range of 0 to 100 N to simulate chewing forces. To enhance the credibility of finite element simulation results, a mesh convergence study was conducted to maximize stress and microgaps predictions. Additionally, two validation steps were performed: first, comparing numerical results with a previous study on tooth pressure-induced microgaps, and second, comparing fatigue life estimates with experimental data. The findings revealed that microgaps significantly increased under loading angles greater than 30 degrees. Increasing the preload as much as possible reduced microcracks by 9% to 12%, which is clinically significant as it can reduce bacterial accumulation within microcracks between the base and abutment. Moreover, changing the material from titanium to zirconia shifted the critical region from the abutment to the fixture. The abutment exhibited higher risk in von Mises stress but the fixture indicated higher risk in principal compressive and tensile stresses. Considering that the titanium-aluminum alloy is ductile and zirconia ceramic is brittle, the critical component for static failure differs between the two materials. In conclusion, especially for loading angles exceeding 30 degrees, careful selection of the fixture material is recommended, even in high-load areas where titanium fixtures are preferred.
