目的:建立托槽-粘结剂-牙齿的三维有限元模型,比较相同条件下不同网格密度的托槽-粘结剂界面的最大应力,分析托槽底面网格密度对粘结强度的影响。通过三维有限元应力分析,为厂家设计出更优化的托槽底面提供生物力学理论依据和参考。方法:因为本实验考虑的是托槽底面对粘结强度的影响,所以只考虑了托槽-粘结剂界面的破坏。托槽-粘结剂界面破坏包括两个过程,对应两种破坏模式。第一过程是在托槽底板网丝外表面与粘结剂界面处发生破坏,这是不同材料之间在界面处发生的破坏。第二过程是嵌入网孔中的粘结剂本身在平网丝外表面处受到应力作用产生的破坏,这是材料自身粘结强度在应力作用下的破坏。因为材料自身的破坏强度往往大于材料和其它材料的界面破坏强度,所以第二种破坏过程是网底能增强粘结强度的主要原因。根据以上分析,我们预测相同的粘结剂嵌入网孔面积不同的托槽底面,产生的最大应力大小会有差异。利用商业有限元软件ANSYS,参考CT扫描图像并结合标准方丝弓托槽的数值,建立牙-粘结剂-托槽系统的三维有限元模型。计算分别在相同大小的剪切力和扭转力加载作用下,0.2mm和0.4mm网丝间距的托槽底面在两个破坏过程中的应力分布。该模型共划分了57532个单元,71023个节点。为了建模和计算方便,对网底模型进行了简化,将圆柱形网丝简化为六面体网丝,牙齿表面圆弧形态简化为平面,这种简化对于本实验的结论没有太大的影响。结果:在托槽-粘结剂界面破坏的第一过程,应力较大的危险部位位于网丝和粘结剂的界面处,0.4mm间距的网丝局部危险应力稍大于0.2mm间距的网丝局部危险应力。在托槽-粘结剂界面破坏的第二过程,应力较大的危险部位位于网孔中的粘结剂处,0.4mm间距的网丝局部危险应力显著小于0.2mm间距的网丝局部危险应力。由于第二种破坏过程是网底能增强粘结强度的主要原因,所以0.4mm间距的网底抗破坏能力优于0.2mm间距的网底。结论:在外力加载下,托槽-粘结剂界面的应力分布是不均匀的。剪切力产生的最大应力显著大于扭转力产生的最大应力,所以剪切力更易造成粘结剂破坏,导致托槽脱落。在保证粘结剂固位型的情况下,网丝间距越大,即网孔面积越大,粘结剂自身抗破坏能力越强,托槽粘结强度越大。