双层结构氧化锆全瓷冠内部应力分布规律的三维有限元分析

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目的:运用有限元法分析不同饰瓷牙合面厚度与核心瓷牙合面厚度双层结构氧化锆全瓷冠的内部应力分布规律,为临床全瓷冠的制作提供理论依据,从而提高修复体的使用寿命。方法:通过三维有限元法建立上颌第一磨牙氧化锆全瓷冠模型,设定双层全瓷冠饰瓷牙合面厚度(V)和核心瓷牙合面厚度(C),分为以下七组(单位为毫米):V=1.7,C=0.3;V=1.5,C=0.5;V=1.3,C=0.7;V=1.1,C=0.9;V=0.9;C=1.1;V=0.7;C=1.3;V=0,C=2。设定全瓷冠的最大主应力(S1)的峰值为应力观察指标。对全瓷冠进行5种加载方式:分别是垂直集中载荷600N、垂直六点分布载荷600N、垂直偏颊侧载荷600N、10°偏舌侧载荷600N、舌侧20°咀嚼载荷225N,约束于牙槽骨底面。观察两因素变化对全瓷冠各瓷层和界面的应力值大小。结果:1.在垂直集中载荷下,随着饰瓷厚度的增加饰瓷本身的应力先减小后上升即饰瓷厚度为0.7mm时,S1为73.20MPa。升至0.9mm时,S1下降至54.56MPa。而厚度升至1.7mm时,S1上升至60.16MPa。而对于核心瓷的应力,随着核心瓷厚度的增加,应力都在减小即核心瓷厚度为0.3mm时,S1为116.40MPa。厚度升至1.3mm时,S1下降至4.17MPa,其应力峰值下降幅度为96.75%。2.当核心瓷厚度为2mm时(单层冠),五种加载方式下其S1值均大于双层冠的应力值。3.垂直六点分布载荷时,A组至F组,饰瓷牙合面S1变化基本一致。但随着饰瓷厚度的减小,饰瓷颈缘处拉应力逐渐增高。核心瓷的最大主应力峰值出现在加载点相对应的核瓷内面及加载侧颈缘处。同时核心瓷厚度为0.3mm时,在核心瓷近中舌侧肩台有明显的应力集中区,S1值可达3.29MPa,当厚度为0.5-1.3mm时,核心瓷颈部肩台应力分布无明显应力集中。4.在舌侧20°咀嚼载荷中,随着饰瓷厚度的增加饰瓷的应力表现为先下降后持续上升趋势即饰瓷厚度为0.9mm时,S1为7.36MPa。升至1.7mm时,S1上升至8.85MPa。随着核心瓷厚度的增加,应力仍然都在减小,其应力峰值下降幅度为82.79%。同时核心瓷厚度为0.3mm、0.5mm、0.7mm时内面近中舌侧颈部肩台拉应力集中,其他位置应力分布均匀。结论:1.综合五种加载方式下的对全瓷冠的应力分析,可以得出双层全瓷冠的饰瓷牙合面厚度和核心瓷牙合面厚度的范围:0.9mm≤V≤1.5mm,C≥0.5mm。这就要求全瓷冠在牙体预备的过程中必须留出至少1.4mm的空间,即为两者最低限之和。2.核心瓷的存在可以减小饰瓷的应力,从而减小饰瓷破坏的可能性。3.在集中载荷作用下,核心瓷内表面的拉应力远大于牙尖交错位咬合状态下相应位置的应力值。所以在临床制作全瓷冠时,应设计圆钝的牙尖形态来增大咬合接触面积,以面接触代替点接触,分散咬合应力;同时还应避免早接触及咬合干扰,尽量分散牙合力,防止修复体损坏,从而延长全瓷冠的使用寿命。4.咀嚼载荷时,饰瓷越厚,损坏的可能性就越大。所以在临床制作全瓷冠时不能与牙齿的解剖形态完全一致,而是应该合理的恢复冠的牙尖斜度,以减小侧向牙合力。5.咀嚼力和倾斜牙合力均可造成全瓷冠颈部肩台的拉应力相对较大。所以在临床牙体预备及全瓷冠制作的过程中,应当注意颈部肩台的设计,从而提高该部分陶瓷的抗拉能力,防止全瓷冠折裂。
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