نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند

2 استاد، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند

3 دانشیار، گروه اورتودنسی، دانشکده دندانپزشکی، دانشگاه علوم پزشکی

10.22041/ijbme.2014.13282

چکیده

ب‍ه دلیل‌ پ‍ی‍چ‍ی‍دگ‍ی‌‌ه‍ا و ع‍وام‍ل‌ م‍خ‍ت‍ل‍ف‍ی‌ ک‍ه‌ بر ارتودنسی م‍ؤث‍ر ه‍س‍ت‍ن‍د، م‍ت‍خ‍ص‍ص‍ان‌ ارت‍ودن‍س‍ی‌ در صدد م‍طال‍ع‍ه‌ م‍ک‍انی‍زم‌ ح‍رک‍ت‌ دن‍دان‌ از ق‍ب‍ی‍ل‌ ت‍ع‍ی‍ی‍ن‌ راب‍طه‌ ب‍ی‍ن‌ ان‍دازه‌ ن‍ی‍روی‌ اع‍م‍ال‍ی‌ و ن‍رخ‌ ح‍رک‍ت‌ دن‍دان‌ در ارتودن‍س‍ی‌ ه‍س‍ت‍ن‍د. در این میان وجود نیروی اصطکاک با مقدار نامعین در محل تماس درمان ارتودنسی را غیر قابل پیش‌بینی می‌کند. در این تحقیق براکت استاندارد بامدل‌‌های براکت طراحی شده بر اساس گرد کردن لبه‌‌های خروجی سیم از شیار براکت، با توجه به زوایای موجود در شیار براکت، با دو نوع سیم ارتودنسی با مقطع مستطیل شکل و دایره‌ای مدل‌سازی شدند و اثر هندسه‌های مختلف بر توزیع تنش و نیروی اصطکاک با استفاده از روش اجزای محدود بررسی شده است. نتایج نشان داد در براکت‌هایی که دارای انحنای بیشتر در باله هستند، شدت توزیع تنش در محل تماس سیم و براکت در مقایسه با براکت استاندارد کاهش یافته است. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش انحنای باله مقدار اصطکاک در براکت با باله استوانه‌‌ای در مقایسه با براکت استاندارد کاهش قابل توجه دارد و در مقایسه با براکت‌‌های دارای انحنا، کمتر است. بررسی نتایج تفاوت اصطکاک در دو نوع سیم با مقطع گرد و مستطیلی، کاهش اصطکاک را در سیم مقطع دایره‌‌ای در مقایسه با سیم مقطع مستطیلی نشان داد و مطالعات قبلی را تأیید کرد. در نهایت با توجه به کاهش اصطکاک در براکت‌‌هایی با باله دارای انحنای بیشتر، طراحی این نوع براکت و استفاده از آن بمنظور کاهش اصطکاک مناسب به نظر می‌‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparison of Friction Force at Contact Surfaces between the Arch Wire and the Slot of Orthodontic Bracket: a Finite Element Method

نویسندگان [English]

  • Mostafa Lashgari 1
  • Farzan Ghalichi 2
  • Behnam Mirzakouchaki 3

1 M.Sc., Biomedical Engineering Department, Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology

2 Professor, Biomedical Engineering Department, Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology

3 Associate Professor, Division of Orthodontics, School of Dentistry, Tabriz University of Medical Sciences

چکیده [English]

Orthodontic specialists interest in study of tooth movement mechanic, such as the relationship between applied force and the rate of tooth movement in orthodontic treatment. It is because of the complexity and variety of factors that can affect orthodontic treatment. The friction force at the contact surfaces with an undetermined magnitude, makes the orthodontic treatment unpredictable. In this study, friction coefficient and forces were investigated in new designed bracket that had beveled edge which has been modeled based on standard bracket. Torque, tip and angulations angles of the brackets slot are designed. Arch wires were modeled by two rectangular and circular cross-sections and the effect of geometry on the stress distribution and the friction force was investigated using Finite Element Method (FEM). The results have showed that the stress concentration generated in the bracket which has been the most curvature, decreased compared to the standard bracket at the contact wire and bracket braces. In addition, results have showed that friction in the beveled edge bracket was significantly decline compared to the standard bracket and also are less than the type with minor curvature. Results of investigation of friction between the two types of round and square wire, have revealed that the round wire has lower friction and confirmed previous studies. Finally, due to the reduced friction in the brackets which have been the most curvature, this type of design is appropriate to decrease friction force.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Orthodontics bracket
  • finite element method
  • Critical contact angle
  • Friction Force
  • Curvature in Outlet Edges (COE)

[1]     S. J. Burrow, "Friction and resistance to sliding in orthodontics: A critical review," American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 135, pp. 442-447, 4// 2009.

[2]     S. Ehsani, M.-A. Mandich, T. H. El-Bialy, and C. Flores-Mir, "Frictional Resistance in Self-Ligating Orthodontic Brackets and Conventionally Ligated Brackets," The Angle Orthodontist, vol. 79, pp. 592-601, 2009/05/01 2009.

[3]     J. H. Marangalou, F. Ghalichi, and B. Mirzakouchaki, "Numerical simulation of orthodontic bone remodeling," Orthodontic Waves, vol. 68, pp. 64-71, 6// 2009.

[4]     D. Drescher, C. Bourauel, and H.-A. Schumacher, "Frictional forces between bracket and arch wire," American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 96, pp. 397-404, 11// 1989.

[5]     S. Tecco, D. Di Iorio, G. Cordasco, I. Verrocchi, and F. Festa, "Corrigendum An in vitro investigation of the influence of self-ligating brackets, low friction ligatures, and archwire on frictional resistance," Eur J Orthod, vol. 30, pp. 110-, February 1, 2008 August 1, 2007 2008.

[6]     N. Reznikov, G. Har-Zion, I. Barkana, Y. Abed, and M. Redlich, "Measurement of friction forces between stainless steel wires and “reduced-friction” self-ligating brackets," American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 138, pp. 330-338, 9// 2010.

[7]     C. A. Frank and R. J. Nikolai, "A comparative study of frictional resistances between orthodontic bracket and arch wire," American Journal of Orthodontics, vol. 78, pp. 593-609, 12// 1980.

[8]     B.-S. Kang, S.-H. Baek, J. Mah, and W.-S. Yang, "Three-dimensional relationship between the critical contact angle and the torque angle," American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 123, pp. 64-73, 1// 2003.

[9]     A. Boccaccio, "Friction Forces during Sliding of Various Brackets for Malaligned Teeth: An In Vitro Study," The Scientific World Journal, vol. 2013, 2013.

[10] L. Franchi, T. Baccetti, M. Camporesi, and E. Barbato, "Forces released during sliding mechanics with passive self-ligating brackets or nonconventional elastomeric ligatures," American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 133, pp. 87-90, 1// 2008.

[11] J. R. Bednar, G. W. Gruendeman, and J. L. Sandrik, "A comparative study of frictional forces between orthodontic brackets and arch wires," American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 100, pp. 513-522, 12// 1991.

[12] J. K. Lancaster, "ASM handbook, volume 18, friction, lubrication and wear technology: Volume chairman, Peter J. Blau," Tribology International, vol. 26, pp. 293-294, 8// 1993.