牙釉质的多尺度建模和磨损的数值模拟

论文摘要

人在成年以后,牙齿破坏后将不可再生,而牙齿的破坏的形式有多种,包括:磨损、腐蚀、断裂等。而我们最常见到的牙齿的破坏形式是磨损,而牙齿最开始磨损的便是牙齿的表面,牙釉质位于牙齿牙冠的表面,所以整个牙齿的结构中磨损最多的便是牙釉质。因此,我们对于牙釉质的微观结构的认识和牙釉质的磨损进行研究十分重要。牙釉质的基本元素是纳米级的纤维状的六方羟基磷灰石晶体（Hydroxyapatite,简称HAP）。HAP晶体聚合到一起,组成了矿物纳米纤维;纳米纤维纵向排列聚合成了纤维和更厚的纤维;纤维再聚合成釉柱。牙釉质的釉柱的头部直径为5μm,长度为7μm。而牙釉质的釉间质比较薄,厚度为800-1000nm。牙釉质的釉柱排列在一起组成了釉柱带,在近表1/3处成直线状,而内2/3成弯曲状。本论文的思路是基于包含纤维复合材料几何特征的牙釉质有限元模型,对磨损过程中接触的表面进行受力分析和磨损计算,通过更改表面单元节点坐标的方式提取滑动过程中牙釉质的宏观和各组分的有效磨损系数的变化规律,通过更改表面单元节点坐标的方式获得磨损形貌的渐变特征。本文的研究安排如下:（1）根据前人的研究基础,选取实验结果的微观模型,用ANSYS软件建立出牙釉质的微米级的微观尺度的模型,并运用HyperMesh划分出有限元基础网格并将牙釉质的材料参数赋给模型,完成牙釉质微观复合材料模型的建立。通过对三个方向（ex方向、ey方向、45°方向）中釉柱磨损量占总磨损量的比值W1?W进行分析,找到一个牙釉质的代表表面单元（RSE）。（2）通过计算得到的磨损数据,分析釉柱成直线状和曲线状的磨损特性。分别讨论了两种形状的釉柱、釉间质和牙釉质的有效磨损率,分析了釉柱倾斜角度和不同摩擦系数对釉柱成直线状和曲线状磨损率的影响;利用ANSYS得到了牙釉质的有效磨损率*,通过计算得到了釉间质磨损系数和釉柱磨损系数的比值η2/η1对*的最大值和最小值的影响;利用ANSYS绘制的应力云图,讨论了在不同摩擦系数和不同釉柱倾斜角度下,球形压头不同的滑动方向对食物破坏效率的影响。（3）将计算得到的磨损数据进行整理,并对成直线状的釉柱和曲线状的釉柱的磨损进行对比,分析它们的异同。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨毅

导师: 何其昌

关键词: 牙釉质,磨损,微观结构,有限元,代表表面单元

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 数学,口腔科学

单位: 西南交通大学

基金: 国家自然基金(NO.11572266)

分类号: R78;O242.1

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.003098

总页数: 67

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标签：牙釉质论文;  磨损论文;  微观结构论文;  有限元论文;  代表表面单元论文;