Purpose: The purpose of this study was to investigate the effect of different thread designs on the marginal bone stresses around dental implant. Materials and methods: Standard ITI implant(ITI Dental Implant System; Straumann AG, Waldenburg, Switzerland), 4.1 mm in diameter and 10 mm in length, was selected as control. Test implants of four different thread patterns were created based on control implant, i.e. maintaining all geometrical design of control implant except thread pattern. Four thread designs used in test implants include (1) small V-shape screw (model A), (2) large V-shape screw (model B), (3) buttress screw (model C), and (4) trapezoid screw (model D). Surface area for unit length of implant was 14.4 $mm^2$ (control), 21.7 (small V-shape screw), 20.6 (large V-shape screw), 17.0 (buttress screw) and 28.7 $mm^2$ (trapezoid screw). Finite element models of implant/bone complex were created using an axisymmetric scheme with the use of NISA II/DISPLAY III (Engineering Mechanics Research Corporation, Troy, MI, USA). A load of 100 N applied to the central node on the crown top either in parallel direction or at 30 degree to the implant axis (in order to apply non-axial load to the implant NKTP type 34 element was employed). Quantification and comparison of the peak stress in the marginal bone of each implant model was made using a series of regression analyses based on the stress data calculated at the 5 reference points which were set at 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 mm from implant wall on the marginal bone surface. Results: Results showed that although severe stress concentration on the marginal bone cannot be avoided a substantial reduction in the peak stress is achievable using different thread design. The peak marginal bone stresses under vertical loading condition were 7.84, 6.45, 5.96, 6.85, 5.39 MPa for control and model A, B, C and D, respectively. And 29.18, 26.45, 25.12, 27.37, 23.58 MPa when subject to inclined loading. Conclusion: It was concluded that the thread design is an important influential factor to the marginal bone stresses.
There is a variation in the range of normal occlusion, and we must fit our treatment to the needs of each patient. If the upper or lower incisors are congenital)y missing, malformed, or crowded, the extraction of the incisor has some advantages over the extraction of premolars and nonextractions. The advantages are 1)simple mechanics, 2)reduced treatment time, 3)less relapse tendency, and 4)fewer facial profile changes. In order to decide which incisor should be extracted, we must consider certain factors 1)discrepancies in anterior arch length, 2)anterior tooth ratio, 3)periodontal and tooth health condition, and 4)the relationship between the upper and lower midline. Diagnostic set-up can be helpful to plan the treatment and show us the post treatment result.
Bone properties are one of the key components when constructing models that can simulate the mechanical behavior of a mandible. Due to the complexity of the structure, the tooth, ligaments, different bones etc., some simplifications are often considered and bone properties are one of them. The objective of this study is to understand if a simplification of the problem is possible and assess its influence on mandible behavior. A cadaveric toothless mandible was used to build three computational models from CT scan information: a full cortical bone model; a cortical and cancellous bone model, and a model where the Young's modulus was obtained as function of the pixel value in a CT scan. Twelve muscle forces were applied on the mandible. Results showed that although all the models presented the same type of global behavior and proximity in some locations, the influence of cancellous bone can be seen in strain distribution. The different Young's modulus defined by the CT scan gray scale influenced the maximum and minimum strains. For modeling general behavior, a full cortical bone model can be effective. However, when cancellous bone is included, maximum values in thin regions increase the strain distribution. Results revealed that when properties are assigned to the gray scale some peaks could occur which did not represent the real situation.
Considerable controversy surrounds the choice of the best abutment type for implant prosthetics. The two most common structures are hex and non-hex abutments. The non-hex abutment typically furnishes a larger contact area between itself and the implant than that provided by a hex structure. However, when a hex abutment is loaded, the position of its contact area may be deeper than that of a non-hex abutment. Hence, the purpose of this study is to determine the different biomechanical behaviors of an internal bone-level implant based on the abutment type-hex or non-hex-and clinical crown length under static and cyclic loadings using finite element analysis (FEA). The hex structure was found to increase the implant and abutment stability more than the nonhex structure among several criteria. The use of the hex structure resulted in a smaller volume of bone tissues being at risk of hypertrophy and fatigue failure. It also reduced micromovement (separation) between the implant components, which is significantly related to the pumping effect and possible inflammation. Both static and fatigue analyses, used to examine short- and long-term stability, demonstrated the advantages of the hex abutment over the non-hex type for the stability of the implant components. Moreover, although its impact was not as significant as that of the abutment type, a large crown-implant ratio (CIR) increased bone strain and stress in the implant components, particularly under oblique loading.
Ahmed, Alim Al Ayub;Kharnoob, Majid M.;Akhmadeev, Ravil;Sevbitov, Andrei;Jalil, Abduladheem Turki;Kadhim, Mustafa M.;Hansh, Zahra J.;Mustafa, Yasser Fakri;Akhmadullina, Irina
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.4
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pp.551-561
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2022
In this paper, the effect of fire conditions according to ISO 834 standard on the behavior of carbon fibre-reinforced plastic (CFRP) reinforced steel beams coated with gypsum-based mortar has been investigated numerically. To study the efficiency of these beams, 3D coupled temperature-displacement finite element analyzes have been conducted. Mechanical and thermal characteristics of three different parts of composite beams, i.e., steel, CFRP plate, and fireproof coating, were considered as a function of temperature. The interaction between steel and CFRP plate has been simulated employing the adhesion model. The effect of temperature, CFRP plate reinforcement, and the fireproof coating thickness on the deformation of the beams have been analyzed. The results showed that within the first 120 min of fire exposure, increasing the thickness of the fireproof coating from 1 mm to 10 mm reduced the maximum temperature of the outer surface of the steel beam from 380℃ to 270℃. This increase in the thickness of the fireproof layer decreased the rate of growth in the temperature of the steel beam by approximately 30%. Besides excellent thermal resistance and gypsum-based mortar, the studied fireproof coating method could provide better fire resistance for steel structures and thus can be applied to building materials.
The marginal integrity at the composite resin-tooth interface has been analyzed in real time through acoustic emission (AE) monitoring during the polymerization shrinkage of composite resin subjected to the light exposure. It was found that AE signals were generated by the polymerization shrinkage. Most AE hit events showed a blast type signal having the principal frequency band of 100-200kHz. Bad bonding states were indicated by many hit events in the initial curing period of 1 minute with high contraction rate. The quantity of hit events for the human molar dentin specimen was much less than that for the steel ring specimen but more than that for the PMMA ring specimen. The better the bonding state, the less the AE hit events. The AE characteristics were related with the tensile crack propagation occurring in the adhesive region between the composite resin and the ring substrate as well as the compressive behavior of the ring substrate, which could be used for a nondestructive characterization of the marginal disintegrative fracture of the dental restoration.
Yan, Gongxing;Al-Mulali, Mohammed Zuhear;Madadi, Amirhossein;Albaijan, Ibrahim;Ali, H. Elhosiny;Algarni, H.;Le, Binh Nguyen;Assilzadeh, Hamid
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.3
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pp.393-411
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2022
A high-performance reactive powder concrete (RPC) has been readied alongside river sand, with 1.25 mm particle size when under the condition of 80C steam curing. As a heat and sound insulation, expanded perlite aggregate (EPA) provides economic advantages in building. Concrete containing EPA is examined in terms of cement types (CEM II 32.5R and CEM I 42.5R), doses (0, 2%, 4% and 6%) as well as replacement rates in this research study. The compressive and density of concrete were used in the testing. At the end of the 28-day period, destructive and nondestructive tests were performed on cube specimens of 150 mm150 mm150 mm. The concrete density is not decreased with the addition of more perlite (from 45 to 60 percent), since the enlarged perlite has a very low barrier to crushing. To get a homogenous and fluid concrete mix, longer mixing times for all the mix components are necessary due to the higher amount of perlite. As a result, it is not suggested to use greater volumes of this aggregate in RPC. In the presence of de-icing salt, the lightweight RPC exhibits excellent freeze-thaw resistance (mass is less than 0.2 kg/m2). The addition of perlite strengthens the aggregate-matrix contact, but there is no apparent ITZ. An increased compressive strength was seen in concretes containing expanded perlite powder and steel fibers with good performance.
Kim, Kyeong-Hee;Lee, Kee-Joon;Cha, Jung-Yul;Park, Young-Chel
The korean journal of orthodontics
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v.41
no.5
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pp.324-336
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2011
Objective: The aim of this study was to conduct three-dimensional finite element analysis of individual tooth displacement and stress distribution when a posterior retraction force of 200 g was applied at different positions of the retraction hook on the transpalatal arch (TPA) of a molar, and over different lengths of the lever arm on the maxillary anterior teeth in lingual orthodontics. Methods: A three-dimensional finite element model, including the entire upper dentition, periodontal ligaments, and alveolar bones, was constructed on the basis of a sample (Nissan Dental Product, Kyoto, Japan) survey of Asian adults. Individual movement of the incisal edge and root apex was estimated along the x-, y-, and z-coordinates to analyze tooth displacement and von Mises stress distribution. Results: When the length of the lever arm was 15 mm and 20 mm, the incisal edge and root apex of the anterior teeth was displaced lingually, with a maximum lingual displacement at the lever arm length of 20 mm. When the posterior retraction hook was on the root apex, the molars showed distal displacement. When the length of the lever arm was 20 mm, anterior extrusion was reduced and the crown of the canine displaced toward the buccal side, in which case, the retraction hook was on the edge, rather than at the center, of the TPA. Conclusions: The results of the analysis showed that when 6 anterior teeth were retracted posteriorly, lateral displacement of the canine and lingual displacement of the incisal edge and root apex of the anterior teeth occur without the extrusion of the anterior segment when the length of the lever arm is longer, and the posterior retraction hook is in the midpalatal area.
One of the various mechanics used to treat unilateral Class II malocclusion is head gear with asymmetric face bow. We made the finite element models of unilateral Class II maxillary dental arch and power arm asymmetric face bow. We designed this experiment to observe stress distribution of periodontal ligament, reaction force, and displacement and to understand force system, so to predict the therapeutic effect. On the basis of computerized tomograph of maxillary dental arch of 25 years old male with normal occlusion without extraction and orthodontic treatment history, we made finite element models of maxillary dental arch and periodontal ligament. Then we modified that model to unilateral maxillary Class II malocclusion model of which maxillary left molar displaced mesially. Also, We made finite element model of asymmetric face bow of which right outer bow shorter than left by 25mm(RMO, Penta-FormTM/Medium size, 0.045 inch iner bow, 0.072 inch outer bow). After that, retraction force of 250g, 300b, 350g were applied to maxillary first molar. We concluded as follow. 1. The Net force that both maxillary first molars were received increased as the retraction force increased. Mesially positioned tooth received more force than normally positioned tooth. But, both tooth were received distal force, so distal movement occured. 2. Both tooth received buccal lateral force. In analysis of force element, as the retraction force were increased, force of X-axis at mesially positioned tooth decreased, and force of X-axis at normally positioned tooth increased. so lateral force component moved to the side received less force from more force. 3. There were rotation, tipping with distal movement in maxillary first molar. As retraction force were increased, rotation and tipping also increased. More tipping and rotation occured at the side received more force, that is, mesially positioned tooth. Though it Is small change, displacement of same pattern occur in normally positioned tooth
Park, Soo-Ran;Park, Yang-Ho;Park, Young-Ju;Park, Jun-Woo;Lee, Yong-Chan;Ahn, Byoung-Keun
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.28
no.4
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pp.302-309
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2002
In order to improve the success rate of implants, various implant designs have been developed. Although there have been enough efforts to handle the surface of the implant with careful choice of material and mechanics so that the bone and the implant can be tightly joined together, they have still failed to play the role of periodontal ligaments of the natural teeth in the past. The role of periodontal ligaments is very important since it can improve the initial stability of implant by absorbing the impacts. The purpose of this study is, thus, to test the possibility of alleviating the impact when the surface of the implant was coated with chitosan, a natural polymer, and making sure that the coated material stayed on. Then, the condition of newly developed bone formation and the degree of inflammation in response was closely observed in the surface level. In the main experiment, Chitosan coated implant ($3.3mm{\times}7mm$) was implanted on both the right and the left side of rabbit's femur. The animals were each sacrificed on the $1^{st}$, $2^{nd}$, $3^{rd}$, $7^{th}$, $14^{th}$, $21^{st}$ and 28th day. The process was observed under an light microscope after the Toluidin Blue staining. From the experiment, it was found that the chitosan was evenly distributed on the surface of the screws, and the implant was adjoined with adjacent bone. There was a sign of inflammation on the $3^{rd}$ day, but on the $14^{th}$ day, the formation of woven bone and newly formed bones were noticed. Also, chitosan filled the gap was formed between the implant and the newly formed bone. The implant, the chitosan and the newly formed bone were forming one unit as a result. Therefore, it was found that chitosan coated implant could absorbe the impact in the initial stage of implant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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