The purpose of this study was to compare the distributing pattern of stress according to the types of occlusal load on the finite element models of the splinted implant prostheses. The finite element model was designed with the parallel placement of two fixtures ($4.0mm{\times}11.5mm$) on mandibular first and second molars. The cemented crowns for mandibular first and second molars were made. Three-dimensional finite element model was created with the components of the implant, surrounding bone and cemented crowns. Two types of occlusal load, the point load and the surface load within 0.5 mm radius circle, were applied to the finite element models with 200N magnitude in axial(along the long axis of the implant and oblique(angulation of $30^{\circ}$ to the long axis) directions perpendicular to cuspal incline. Loads were positioned from the center of central fossa and to distance of 2 mm and 4 mm apart from the center of central fossa. Von-Mises stresses were recorded and compared in the fixtures and sections. The results were as following : 1. Under axial loading at the central fossa, the stress was distributed along the fixture except for the apical portion, not relative to both point & surface contacts. 2. With offset distance increasing, the highest stresses were concentrated in the neck portion of the fixture. 3. The maximum von Mises stress under the oblique load was greater than that under the axial load. 4. Under the oblique load, the highest stress were concentrated in the buccal side and lingual neck portion of the fixture with offset distance increasing. The results had a tendency to increase the stress on the neck portion of fixture with the offset and oblique loads increasing. The design of occlusal scheme should be allowed to distribute stress axially in maximum intercuspation and to decrease the angulation of cuspal incline.
본 연구에서는 국내 고정익항공기 개발의 일환으로 고정익항공기용 외부 연료탱크와 파일런에 대한 피로해석을 수행하였다. 구조해석을 통해 외부 연료탱크와 파일런의 피로해석 부위들을 선정하고, 선정된 부위들에서 단위하중에 대한 전달함수를 구축하였다. 연속 하중 프로파일에 대해서 각 프로파일 하중과 전달함수와의 내적을 통해 선정 부위에서의 응력 성분을 계산한 후, Von Mises 등가응력을 사용하여 각 프로파일의 대표응력(Representative Stress)을 계산하였다. 그리고, 구축된 대표 응력 그룹에 Rainflow Counting 기법을 사용하여 초기의 방대한 하중 프로파일로 부터 축소된 개별 프로파일과 그에 대한 진폭 및 평균값을 추출한 후, MMPDS(Metallic Materials Properties Development and Standardization)의 S-N 선도를 적용하여 수명싸이클을 계산하였다. 만약, 추출된 개별 프로파일들의 Stress Ratio가 선정된 S-N 선도의 Stress Ratio 범위를 벗어나는 경우 Modified Goodman 선도로부터 유도된 식을 사용하여 Stress Ratio가 해당 S-N 선도에서 요구하는 범위를 만족하도록 변환하는 과정을 거쳤다. 그리고, Miner's Rule에 의해 계산된 각 프로파일들의 손상값들을 더하여 선정 부위에서의 수명을 평가하였다. 최종적으로 수명평가를 위해 선정된 외부연료탱크와 파일런의 관심 부위에서 요구 수명을 모두 만족하는 것으로 평가되었다.
Operative interventions for the management of osteonecrosis of the femoral head (ONFH) include core drilling, with or without vascularized fibular bone grafting. Nevertheless, their clinical results have not been consistently satisfactory. Recently, a new surgical procedure that incorporates cementation with polymethylmethacrylate (PMMA) after core drilling has been tried clinically. In this study, a biomechanical analysis using a finite element method(FEM) was undertaken to evaluate surgical methods and their underlying surgical parameter. Our finite element models included five types. They were (1) normal model (Type I), (2) necrotic model (Type II), (3) core decompressed model (Type III). (4) fibular bone grafted model (Type IV), and (5) cemented with PMMA model (Type V). The geometric dimensions of the femur were based on digitized CT-scan data of a normal person. Various physiological loading conditions and surgical penetration depths by the core were used as mechanical variables to study their biomechanical contributions in stress transfer within the femoral head region. In addition. the peak von Mises stress(PVMS) within the necrotic cancellous bone of the femoral head was obtained. The fibular bone grafted method and cementation method provided optimal stress transfer behaviors. Here. substantial increase in the low stress level was observed when the penetration depth was extended to 0mm and 5mm from the subchondral region. Moreover, significant decrease in PVMS due to surgery was observed in the fibular bone grafted method and the cementation method when the penetration depths were extended up to 0 and 5mm from the subchondral region. The drop in PVMS was greater during toe-off than during heel-strike (57% vs. 28% in Type IV and 49% vs. 22% in Type V). Both the vascularized fibular bone grafting method (Type IV) and the new PMMA technique (Type V) appear to be very effective in providing good stress transfer and reducing the peak Von-Mises stress within the necrotic region. Overall results show that fibular bone grafting and cementation methods are quite similar. In light of above results, the new cementation method appears to be a promising surgical alternative or the treatment of ONFH. The use of PMMA for the core can be less prone to surgical complication as opposed to preparation of fibular bone graft and can achieve more immediate fixation between the core and the surrounding region.
The objective of this study is to propose a finite element based design of the dental implant replacing unction and shape of natural teeth. For this, geometric actors were varied to investigate stress distribution of the alveolar bone around dental implant. In this study, the results were obtained based on the theory of linear elastic, with geometrically axisymmetric assumption. Geometric actors determining implant shape are ranged as 0.2mm-0.6mm, 0.04mm-0.1mm, 0.46mm-0.84mm or height of thread, radius of curvature of thread, and pitch, respectively. The stresses in the alveolar bone caused by biting force playa major role in determining implant stability. Especially, the stress concentration in the cortical bone causes bone resorption and finally makes the implant unstable. Therefore, the stress distributions were investigated on the side of the alveolar bone focusing on the area of cortical bone. The maximum von Mises stress was found to increase up to 6% as the height of thread increases, while its value was to decrease to 19% when the radius of curvature increase within the assigned ranges. For the variation of pitch, the larger size of pitch results in greater maximum von Mises stress when the length of the implant under consideration is fixed. The existence of the neck below the shoulder did not affect the stress distribution in the region of alveolar bone. However, the stresses on the side of the implant near the neck were found to be different by 20% approximately. Therefore, the neck can provide the stability of the implant against continuing biting movement. As a conclusion, the finite element based study shows a potential in designing the dental implant systematically.
Oral implants must fulfill certain criteria arising from special demands of function, which include biocompatibility, adequate mechanical strength, optimum soft and hard tissue integration, and transmission of functional forces to bone within physiological limits. And one of the critical elements influencing the long-term uncompromise functioning of oral implants is load distribution at the implant- bone interface, Factors that affect the load transfer at the bone-implant interface include the type of loading, material properties of the implant and prosthesis, implant geometry, surface structure, quality and quantity of the surrounding bone, and nature of the bone-implant interface. To understand the biomechanical behavior of dental implants, validation of stress and strain measurements is required. The finite element analysis (FEA) has been applied to the dental implant field to predict stress distribution patterns in the implant-bone interface by comparison of various implant designs. This method offers the advantage of solving complex structural problems by dividing them into smaller and simpler interrelated sections by using mathematical techniques. The purpose of this study was to evaluate the stresses induced around the implants in bone using FEA, A 3D FEA computer software (SOLIDWORKS 2004, DASSO SYSTEM, France) was used for the analysis of clinical simulations. Two types (external and internal) of implants of 4.1 mm diameter, 12.0 mm length were buried in 4 types of bone modeled. Vertical and oblique forces of lOON were applied on the center of the abutment, and the values of von Mises equivalent stress at the implant-bone interface were computed. The results showed that von Mises stresses at the marginal. bone were higher under oblique load than under vertical load, and the stresses were higher at the lingual marginal bone than at the buccal marginal bone under oblique load. Under vertical and oblique load, the stress in type I, II, III bone was found to be the highest at the marginal bone and the lowest at the bone around apical portions of implant. Higher stresses occurred at the top of the crestal region and lower stresses occurred near the tip of the implant with greater thickness of the cortical shell while high stresses surrounded the fixture apex for type N. The stresses in the crestal region were higher in Model 2 than in Model 1, the stresses near the tip of the implant were higher in Model 1 than Model 2, and Model 2 showed more effective stress distribution than Model.
Specimens of 304 stainless steel were tested to failure at elevated temperatures under multiaxial stress states, uniaxial tension using smooth bar specimens, biaxial shearing using double shear bar specimens, and triaxial tension using notched bar specimens. Rupture times are compared for uniaxial, biaxial, and triaxial stress states with respect to the maximum principal stress, the von Mises effective stress, and the principal facet stress. The results indicate that the principal facet stress gives the best correlation for the material investigated, and this parameter can predict creep life data under multiaxial stress states with rupture data obtained with specimens under uniaxial stresses. The results also suggest that grain boundary cavitation, coupled with localized deformation processes such as grain boudary sliding, controls the lifetimes of the specimens.
Stress distribution on mandibular implants supporting overdentures were registered in vitro experimental model by means of 4 rosette gauges which were placed around the implant. The overdenture attachments used in this study were the Resilient Dolder bar, Rigid Bolder bar, Round bar, Hader bar & Dal-Ro attachment. An occlusal jig was placed on the overdenture and the loading sites were 3 points which mimicked working, balancing, and median relations. With 5 and 10kg loading, strains were measured by strain indicator(P-3500, Measurement group, Raleigh, USA), and using these data, maximum and minimum principal stresses and Von Mises stress were calculated and evaluated. The results were as follows : There was a tendency of high stress concentration in the lingual side of the implant, and in the buccal side low stress was developed regardless of the attachment systems. The resilient Bolder bar concentrated highest stress among the attachment systems, and the Round bar and the Dal-Ro attachment provided comparatively low stresses around the implant. The rigid Bolder bar concentrated high stress in the mesial side, and the Dal-Ro attachment developed tensile stress patterns in the lingual and distal sides of the implant at the balancing relation.
Purpose: The dental implant should be enough to endure chewing load and it's required to have efficient design and use of implant to disperse the stress into bones properly. This study was to evaluate the stress distribution on a supporting bone by lengths and diameters of the implant fixture. Methods: The modeling and analysis of stress distribution was used for the simple molar porcelain crown model by Solidworks as FEM program. It was designed on applying with tightening torque of 20 Ncm of a abutment screw between a cement retained crown abutment and a fixture. The fixtures of experimental model used 10, 13mm by length and 4, 5mm by diameter. A external vertical loading on the two buccal cusps of crown and performed finite element analysis by 100 N. Results: The maximum von Mises stress(VMS) of all supporting bone models by fixture length and diameter were concentrated on the upper side of supporting compact bone. The maximum stress of each model under vertical load were 164.9 MPa of M410 model, and 141.2 MPa of M413 model, 54.3 MPa of M510 model, 53.6 MPa of M513 model. Conclusion: The stress reduction was increase of fixture's diameter than it's length. So it's effective to use the wider fixture as possible to the conditions of supporting bone.
In heavy industrial fields such as power plant and chemical plant, it is often necessary to restore damaged part of large machinery and structure which is installed in the hazard working place. In this paper, to estimate stress distribution which occurs during damage and restoration of cylindrical beam structure, the finite element technique has been used. A finite element model was verified by experiment for non deformed cylindrical beam structure. The displacements and elastic recovery have an excellent agreement between experiment and finite element analysis. The variations of stress distribution on deformation and restoration procedure for surfaces have been examined. The maximum von Mises stress appears in the surface for deformation and restoration procedure. In deformation procedure, the maximum stress occurs in the vicinity of support body. In restoration procedure, the maximum stress occurs in the vicinity of the fixing body. The fixing body allows avoiding stress concentration in adjacent support structure boundary.
PURPOSE. The aim of the present study was to compare the stress distributions on the dental implants, abutments, and bone caused by different overdenture attachment types under functional chewing forces. MATERIALS AND METHODS. The 3D finite element models of the mandible, dental implants, attachment types, and prostheses were prepared. In accordance with a conventional dental implant supported overdenture design, the dental implants were positioned at the bone level in the canine teeth region bilaterally. A total of eight models using eight different attachment systems were used in this study. All the models were loaded to simulate chewing forces generated during the centric relationship (450 N), lateral movement (400 N), protrusive movement (400 N), and also in the presence of a food mass unilaterally (200 N). Stress outputs were obtained as the maximum principal stress and the equivalent von-Mises stress. RESULTS. In all attachment types, higher stress values were observed in the abutments, dental implants, and bone in the magnet attachments in different loading conditions. The highest stress values were observed among the magnet systems in the components of the Titanmagnetics model in all loading conditions (stresses were 15.4, 17.7, and 33.1 MPa on abutment, dental implant, and bone, respectively). The lowest stress value was observed in the models of Zest and O-Ring attachments. CONCLUSION. The results of the present study implied that attachment types permitting rotation and tolerating various angles created lower stresses on the bone, dental implants, and abutments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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