تحليل المان محدود ايمپلنت‌هاي دنداني در معرض بارگذاري حرارتي

Finite element analysis for dental implants subjected to thermal loads

  زمينه و هدف: ايمپلنت‌های دندانی در طی سال‌ها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند تا جايگزين دندان‌های از بين رفته شوند. يكی از شرايط موفقيت ايمپلنت‌ها پايداری و مقاومت آن‌ها تحت نيروهای وارده و كمينه بودن تنش در استخوان اطراف آن می‌باشند . هدف از اين تحقيق تحليل عددی و سه بعدی فك دارای ايمپلنت، تحت بارگذاری حرارتی بود.   روش بررسی: استخوان فك در نرم‌افزار ساليدوركس (Solidworks) مدل شده و جهت دستيابی به مدل هرچه دقيق‌تر، استخوان فك به صورت يك ماده ايزوتروپيك خطی درنظر گرفته شد. همچنين مجموعه ايمپلنت ITI ، شامل ايمپلنت (Implant) ، اباتمنت (Abutment) ، فريم‌ورك (Framework) و پرسلن سطح آن (Crown) يا روكش توسط نرم‌افزار مدل‌سازی ساليدوركس مدل شده و در استخوان كاشت گرديد. بعد از وارد كردن (Import) مدل‌های طراحی شده در نرم‌افزار تحليلی آباكوس (Abaqus) ، خواص و شرايط مرزی و نيرويی تعيين گشته و درنهايت پس از مش‌بندی، مدل تحليل گرديد. در اين تحليل المان محدود، بار در دو مرحله به مدل اعمال گرديد. در مرحله اول اباتمنت توسط گشتاور سفت‌كنندگی به مقدار N.cm 35 در داخل ايمپلنت محكم شد، كه سبب ايجاد تنش‌های مكانيكی در پيچ اباتمنت ‌شد. در مرحله دوم بار حرارتی ناشی از نوشيدن مايعات سرد و گرم به صورت شار حرارتی بر واحد سطح، به كل سطح پوشش سراميكی اعمال گرديد.   يافته‌ها: در نتايج تحليل حرارتی، دمای استخوان فك، حدوداً 5/5 درجه سانتی‌گراد در حالت نوشيدن مايعات سرد كاهش و 9/4 درجه سانتی‌گراد در حالت نوشيدن مايعات گرم افزايش يافت. بيشترين تغييرات دمايی در كل مجموعه ايمپلنت و استخوان در حالت نوشيدن مايعات سرد بود، كه دمای سطح پوشش سراميكی حدود 14 درجه سرد ‌شد.   نتيجه‌گيری: با مشاهده نتايج تنش‌های حرارتی می‌توان دريافت كه تنش‌های حرارتی مقادير كمی دارند و آن نيز به دليل تغييرات دمايی ناچيز در مجموعه می‌باشد. بيشترين تنش مربوط به اباتمنت می‌باشد كه آن نيز در اثر گشتاور سفت‌كنندگی ايجاد می‌شود.

  Background and Aims: Dental implants have been studied for replacement of missing teeth for many years. Productivity of implants is extremely related to the stability and resistance under applied loads and the minimum stress in jaw bone. The purpose of this study was to study numerically the 3D model of implant under thermal loads.   Materials and Methods: Bone and the ITI implant were modeled in “Solidworks” software. To obtain the exact model, the bone was assumed as a linear orthotropic material. The implant system, including implant, abutment, framework and crown were modeled and located in the bone. After importing the model in Abaqus software, the material properties and boundary conditions and loads were applied and after meshing, the model was analyzed. In this analysis, the loads were applied in two steps. In the first step, the mechanical load was applied as tightening torque to the abutment and the abutment was tightened in the implant with 35 N.cm torque. In the second step, the thermal load originated from drinking cold and hot water was applied as thermal flux on the ceramic crown surface in this model.   Results: Thermal analysis results showed that the thermal gradient in the bone was about 5.5 and 4.9 degrees of centigrade in the case of drinking cold and hot water respectively , although the maximum gradient of the whole system was reduced to 14 degrees, which occurred, in the crown by drinking cold water.   Conclusion Thermal stresses were so small and it was because of the low thermal gradient. Maximum stresses occurred in the abutment were due to the tension preloads which were originated from the tightening torque.