نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• فردین نعمت زاده ¹
• ابوالفضل مجیدی ²

¹ استادیار گروه مهندسی مواد و متالورژِی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک

² گروه مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه اراک

چکیده

دندان به عنوان یکی از اعضای مهم بدن، در زیبایی نقش اساسی داشته و یکی از بهترین راهها برای درمان نامرتبی و خرابی آن تا به امروز، استفاده از ارتودنسی می‌باشد. سیم‌های ارتودنسی هوشمند به جهت مرتب کردن دندان و بدلایلی نظیر رفتار ابرکشسانی، مقاومت در برابرخوردگی، عمرخستگی بالا، سازگاری خوب با دهان و کرنش برگشت پذیر کاربرد بسیاری دارند. در این مقاله از روش اجزاء محدود جهت بررسی رفتار مکانیکی سیم‌های ارتودنسی هوشمند مطابق استاندارد با اعمال نیروی کششی و با در نظرگرفتن خواص متالورژیکی آنها استفاده شد. مدل ماکروسکوپی جهت توصیف خواص ماده بر اساس انرژی آزاد ترمودینامیکی هلمهولتز بود. نتایج نشان داد: با تغییر10 درجه ای دمای کلینیکی از 26 تا 36 درجه سانتیگراد، تنش های مسطح بالایی و پایینی و انرژی الاستیک ذخیر شده به ترتیب حدود10و 28/18درصد کاهش یافتند. همچنین با تغییر10درجه ای دمای کلینیکی از 36 تا 46 درجه سانتیگراد، به ترتیب تنش های مسطح بالایی و پایینی و انرژی الاستیک ذخیر شده حدود 18و 26/47درصد افزایش یافتند. در نهایت سیم ارتودنسی هوشمند با سطح اختلاف تنش های مسطح بالایی و پایینی کمتر ، انرژی کرنش الاستیک پایین تر، حلقه هیسترزیس وابسته به رفتار ابرکشسانی کامل تر و تطابق بالای نتایج تجربی و عددی مربوط به تغییرات نیرو-کرنش، عملکرد بهتری نشان داد. این مطالعه عددی میتواند یک روشی برای بررسی رفتار مکانیکی سیم‌های ارتودنسی هوشمند با توجه به اثرات خواص متالورژیکی و مکانیکی جهت اثر بخشی طول درمان در دندان ارائه نماید.

کلیدواژه‌ها

• دندان
• سیم‌های ارتودنسی هوشمند
• خواص مواد
• بررسی محاسباتی

موضوعات

• بیومتریال هوشمند

عنوان مقاله [English]

Computational study of the effect of material properties on smart orthodontic wires performance in clinical temperatures under mechanical loading

نویسندگان [English]

• Fardin Nematzadeh ¹
• Abolfazl Majidi ²

¹ Department of Materials Engineering, Arak University, Arak, Iran

² فارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه اراک

چکیده [English]

Teeth, as one of the most important organs of the body, play an essential role in beauty and one of the best ways to treat its disorder and damage to date is the use of orthodontics. Smart wires are widely used in orthodontics for tidying teeth and for reasons such as superelastic behavior, corrosion resistance, high fatigue life, good compatibility and reversible strain. In this paper, the finite element method was used to investigate the mechanical behavior of smart orthodontic wires according to the standard by applying tensile force and considering their metallurgical properties. The macroscopic model for describing the properties of matter was based on Helmholtz thermodynamic free energy. The results showed that: With a 10°C changes in clinical temperature from 26°C to 36°C, the upper and lower plateau stresses and the strain elastic energy decreased about 10% and 18.28% respectively. Also with 10°C change in clinical temperature from 36°C to 46°C, the upper and lower plateau stresses and the strain elastic energy increased approximately 18% and 47.26% respectively. In conclusion, the smart orthodontic wire due to the lower level of the difference between the upper and lower plateau stresses, less elastic strain energy, hysteresis loop and complete dependent on superelastic behavior and high correlation of experimental and numerical results related to force-strain changes showed better performance. This numerical study can provide a method to study the mechanical behavior of smart orthodontic wires with respect to the effects of metallurgical and mechanical properties for the effectiveness of the length of treatment in the tooth.

کلیدواژه‌ها [English]

• Computational study
• material properties
• smart
• orthodontic wire
• Teeth