Comparative 3D FEM analysis of three different dental implant shapes

• Autorzy: Kut S.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2014.58

Warianty tytułu

PL

Badania porównawcze trzech różnych kształtów implantów dentystycznych z zastosowaniem 3D MES

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of numerical modeling using the finite element method of three implants. Geometric models of individual parts of the analyzed system (implant, abutment and screw) and the standard models of the bone and the crown were built in the Ideas NX environment. On the basis of real geometric models the fully three-dimensional numerical models were built. The calculations for different implant systems were carried out using MARC/Mentat commercial software. The numerical models of each system consist of five deformable bodies being connected to each others. Modeling was carried out in two stages. The first stage includes the modeling of the stresses in the bone-implant-abutment-screw assembly. The preload of models was set so that the axial stress in the screw core is equal to 75% of yield stress of material from which the screw was made. In the second stage the model with assembly stresses was being loaded with oblique force on the crown with values in the range from 0 to 250 N. An analysis and comparison of stress distributions and values of stresses in analysed implant systems were carried out. This investigation shows the meaningful influence of the shape of implant of an abutment on distribution and values of stress, load capacity of individual implant systems, and furthermore, stress in osseous tissue.

PL

W pracy przedstawiono wyniki modelowania numerycznego MES trzech systemów implantologicznych. Modele geometryczne poszczególnych części badanych układów (implant, łącznik, śruba) oraz standardowe modele kości i korony zostały utworzone w programie Ideas NX. Na podstawie modeli geometrycznych zbudowano trójwymiarowe modele numeryczne badanych systemów. Symulacje numeryczne poszczególnych systemów implantologicznych przeprowadzono za pomocą komercyjnego oprogramowania MARC/Mentat. Model numeryczny każdego systemu składał się z pięciu ciał odkształcalnych połączonych ze sobą. Analizę numeryczną dla poszczególnych systemów implantów przeprowadzono w dwóch etapach. Pierwszy obejmował modelowanie naprężeń montażowych. Obciążenie montażowe było zadawane w taki sposób, aby naprężenia osiowe w rdzeniu śruby wynosiły 75% granicy plastyczności materiału, z którego jest ona wykonana. W drugim etapie model ze wstępnymi naprężeniami montażowymi był obciążany na koronie ukośnie siłą w zakresie wartości od 0 do 250 N. Dokonano analizy oraz porównania rozkładów i wartości naprężeń występujących w badanych systemach implantologicznych. Badania wykazały znaczący wpływ kształtu implantu oraz łącznika na rozkład i poziom naprężeń oraz nowości poszczególnych systemów implantologicznych, a tak że na naprężenia w tkance kostnej.

Słowa kluczowe

EN

dental implants; 3D numerical analysis; load; stress distribution

PL

implanty dentystyczne; analiza numeryczna 3D; obciążenie; rozkład naprężeń

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 86 [290], nr 4
• Strony: 549--559
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kut S.

• Rzeszow University of Technology, 8 Powstańców Warszawy Avenue, 35-959 Rzeszow, Poland

Bibliografia

• 1. Chun L.L., Kuo Y.-C., Lin T.-S.: Effects of dental implant length and bone quality on biomechanical responses in bone aound implants: A 3D non linear finite element analysis. Biomed. Eng. Appl. Basis Comm., 17 (2005), 44-49.
• 2. Sahin S., Cehreli M.C., Yalcin E.: The influence of functional forces on the biomechanics of implantsupported proethses – a review. J. Dent., 30 (2002), 271-282.
• 3. Tada S., Stegaroiu R., Kitamura E., Miyakawa O., Kusakari H.: Influence of implant design and bone quality on stress/strain distribution in bone around implants: a 3-dimensional finite element analysis. Int. J. Oral Maxillofac. Implants, 18 (2003), 357-368.
• 4. Carvalho L., Ramos A., Simões J.A.: Finite element analysis of a dental implant system with an elatomeric stress barrier. Summer Bioengineering Conf., Florida 2003.
• 5. Bozkaya D., Muftu S.: Mechanics of the tapered interference fit in dental implants. J. Biomech., 36 (2003), 1649-1658.
• 6. Geng J., Tan K.B.C., Liu G.: Application of finite element analysis in implant dentistry: a review of the literature. J. Prosthetic Dentistry, 85 (2001), 585-598.
• 7. Waters N.E.: Some mechanical and physical properties of teeth. Symp. Society for Experimental Biology, Cambridge University Press, London 1980, vol. 34, 99-135.
• 8. MSC Software: MSC. Marc Volume B: Element Library, Version 2010.
• 9. Machinerys Handbook Eighteenth edition, Kempes Engineers Year Book 1980.
• 10. Niinomi M.: Mechanical properties of biomedical titanum alloys, Mat. Sci. Eng., A243 (1998), 231-236.
• 11. Iron and Steel Institute of Japan. Data Book of Fracture Toughness of Titanium Alloys, Tokyo 1990.
• 12. Wang K.: The use of titanum for medical applications in the USA. Mat. Sci. Eng., A213 (1996), 134-137.
• 13. Lang L.A., Kang B., Wang R.F., Lang B.: Finite element analysis to determine implant preload. J. Prosthetic Dentistry, 90 (2003), 539-546.