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舌側(cè)矯治是正畸矯治中技術(shù)含量較高、效果較好的一種矯治技術(shù)，近年來因其美觀性、隱蔽性在臨床上的應(yīng)用逐漸增加，但由于托槽黏貼位置、托槽間距、托槽與阻抗中心距離以及托槽槽溝方向的不同，使得唇舌側(cè)托槽間的弓絲尺寸、形狀（唇側(cè)水平弓絲，舌側(cè)帶狀弓絲）等發(fā)生改變，致使弓絲受力后產(chǎn)生的應(yīng)力發(fā)生相應(yīng)變化。對弓絲性能的研究目前主要集中于唇側(cè)，無論是經(jīng)典的三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)還是改良后的三托槽彎曲實(shí)驗(yàn)，均采用傳統(tǒng)的力學(xué)測試方法，尚未有應(yīng)用三維有限元分析方法研究唇舌側(cè)弓絲力學(xué)性能的報(bào)道。
本實(shí)驗(yàn)使用三維有限元方法，建立帶三托槽的唇舌側(cè)弓絲三維有限元模型，根據(jù)三托槽彎曲實(shí)驗(yàn)原理，研究托槽間距、弓絲材質(zhì)、弓絲尺寸對唇舌側(cè)弓絲力學(xué)性能影響的變化規(guī)律，為臨床矯治弓絲的合理選擇提供參考。
在Pro/E Wildfire4.0三維建模軟件中分別建立結(jié)扎絲、唇舌側(cè)弓絲及托槽的實(shí)體模型，以Discovery誖(Dentaurum,Pforzheim，德國)唇側(cè)托槽和第7代Kurz舌側(cè)托槽（7thGeneration,Ormco,Glendora，CA，美國）CAD數(shù)據(jù)為參考，建立上頜切牙唇側(cè)水平槽溝托槽和舌側(cè)垂直槽溝托槽，槽溝尺寸為0.022×0.025英寸；弓絲尺寸為0.017×0.025英寸(0.43mm×0.64mm)和0.019×0.025英寸(0.48mm×0.64mm)，弓絲長度為50mm。選擇3種材質(zhì):不銹鋼(SS)、β-鈦(TMA)、鎳鈦(NiTi)；結(jié)扎絲直徑設(shè)為0.2mm，將建好的實(shí)體模型分組裝配導(dǎo)入至MSC.Marc.Mentat2005R3軟件中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分和參數(shù)設(shè)定，建立唇舌側(cè)矯治系統(tǒng)的三維有限元模型（圖1）。
根據(jù)不同唇舌側(cè)弓絲尺寸及材質(zhì)，建立以下12組模型（表1）。
在MSC.Marc.Mentat2005R3軟件的MaterialProperties組件中，對每組模型的弓絲、托槽、結(jié)扎絲分別進(jìn)行物理參數(shù)設(shè)定（表2）。為了提高運(yùn)算速率，托槽、結(jié)扎絲材料均設(shè)定為不銹鋼材質(zhì)。弓絲有3種材質(zhì)：不銹鋼、鎳鈦絲、β－鈦絲。
兩端托槽三維方向上均設(shè)為固定，弓絲與結(jié)扎絲、托槽之間設(shè)定為接觸關(guān)系，且存在一定的摩擦，摩擦系數(shù)設(shè)為0.2，弓絲受力后可以相對于托槽、結(jié)扎絲發(fā)生相應(yīng)滑動。分別于每組模型中間托槽中點(diǎn)處加載齦向位移1mm，應(yīng)用MSC.Marc.Mentat2005R3軟件包收集各工況下弓絲隨形變量的增加載荷值的變化，繪制相應(yīng)的載荷形變曲線圖及平均載荷值柱形圖。選擇加載第1秒內(nèi)載荷的變化為研究對象，加載的位移-時(shí)間關(guān)系的三維有限元圖見圖2、3。
將各組模型的邊界條件、加載參數(shù)、載荷定義等任務(wù)完成后，應(yīng)用MSC.Marc.Mentat2005R3有限元分析軟件中任務(wù)提交組件進(jìn)行運(yùn)算，分別計(jì)算各加力點(diǎn)處中心節(jié)點(diǎn)所受到的反作用力。建立兩端托槽近中邊緣間弓絲長度為10、12、14、16mm的弓絲和托槽模型，在每組模型中點(diǎn)處取點(diǎn)，記錄隨位移變化其相應(yīng)應(yīng)力的變化情況，繪制相應(yīng)的載荷形變曲線圖及平均載荷值柱形圖，研究托槽間距、弓絲尺寸及弓絲材質(zhì)對唇舌側(cè)弓絲力學(xué)性能的影響規(guī)律。
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