The classical continuum model does not describe the mechanical behaviour of cellular materials. To model the sizedependent mechanical properties of these materials, the extended continuum models such as the micropolar approach can be used. The reference data is extracted from the virtual experiments performed on an artificial open-cell foam specimens. With the proper set of the Cosserat parameters the detailed microstructural model can be described on the macroscopic level using the extended continuum approach. The parameter identification task is defined as a minimisation task, which is solved using the evolutionary computational framework.
To predict the clinical performance of zirconia abutments, it is crucial to examine the mechanical behavior of different dental implant-abutment connection configurations. The international standard protocol for dynamic fatigue tests of dental implants (ISO 14801) allows comparing these configurations using standardized superstructure geometries. However, from a mechanical point of view, the geometry of clinical crowns causes modified boundary conditions. The purpose of this finite element (FE) study was to evaluate the influence of the superstructure geometry on the maximum stress values of zirconia abutments with a conical implant-abutment connection. Geometry models of the experimental setup described in ISO 14801 were generated using CAD software following the reconstruction of computerized tomography scans from all relevant components. These models served as a basis for an FE simulation. To reduce the numerical complexity of the FE model, the interaction between loading stamp and superstructure geometry was taken into account by defining the boundary conditions with regard to the frictional force. The results of the FE simulations performed on standardized superstructure geometry and anatomically shaped crowns showed a strong influence of the superstructure geometry and related surface orientations on the mechanical behavior of the underlying zirconia abutments. In conclusion, ISO testing of zirconia abutments should be accompanied by load-bearing capacity testing under simulated clinical conditions to predict clinical performance.
▼ Zielsetzung: Bei fehlenden Seitenzähnen ist der singuläre Lückenschluss durch Mesialisation der Molaren mithilfe skelettaler Verankerungen eine sehr häufi ge Indikation geworden. Angestrebt wird dabei die körperliche Translation eines Zahnes, von der man annimmt, dass in der Initialphase der Bewegung der im Parodont entstehende Druck gleichmäßig verteilt ist. Es war zu prüfen, ob mithilfe eines patientenbezogenen Finite-Elemente-Modells die optimalen biomechanischen Parameter bestimmt werden können. Material und Methode: Basierend auf dem CTBild eines Patienten wurde ein Finite-ElementeModell erstellt und zur Simulation der initialen Zahnbewegung bei der Mesialisation eines unteren Molars anhand von 4 Lastsituationen genutzt. Die nach mesial gerichtete Kraft betrug 1N. In der ersten Simulation erfolgte die Belastung nur von vestibulär im Bereich der Krone. In der zweiten Simulation wurde bilateral, vestibulär und oral im Bereich der Krone belastet. In der dritten Simulation erfolgte der Kraftansatz nur vestibulär in Höhe des Widerstandszentrums. In der vierten Simulation wurde die Kraft bilateral auf Höhe des Widerstandszentrums appliziert. Ergebnisse: In den ersten 3 Simulationen war der Druck im Parodont ungleichmäßig verteilt und lag deutlich über dem defi nierten Richtwert. Nur bei der vierten Simulation entstand ein annähernd gleichmäßig verteilter Druck, der im Bereich des Richtwertes lag und eine reine Translation bewirken könnte. Schlussfolgerungen: Das aus Patientendaten gewonnene Finite-Elemente-Modell kann dazu dienen, patienten-und therapiebezogene Kraftapplikationen zu defi nieren und unerwünschte Nebenwirkungen zu reduzieren. Abstract▼ Objective: In case of missing premolars and molars, space closure by mesialization of molars has become a very common indication. The aim is a bodily translation of the posterior tooth, which needs a biomechanically uniformly distributed pressure in the periodontium in the initial phase of tooth movement. It was necessary to determine whether a patient-specifi c fi nite element model could be used, to determine the optimal biomechanical parameters. Materials and methods: Based on the CT image of a patient, a fi nite element model to simulate the initial tooth movement in a lower molar mesialization was used and 4 diff erent load situations were created. The mesially directed force was 1 N. In the fi rst simulation, the load was only in the vestibular site of the crown. In the second simulation the force was applied bilateral of the crown. In the third simulation the buccal force was applied at the center of resistance. In the fourth simulation, the force was applied bilaterally at the level of the center of resistance. Results: In the fi rst 3 simulations, the pressure was unevenly distributed in the periodontal tissues and was signifi cantly higher than the defi ned benchmark. Only the fourth simulation resulted in a nearly evenly distributed pressure that was in the range of the standard value and could cause a pure translation. Conclusions: Patients' specifi c da...
Zusammenfassung Zielsetzung: Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen methodischen Weg aufzuzeigen, um CT-Bilder in ein rechenbares Finite-Elemente-Modell umzuwandeln. Material und Methode: Aus den DICOM-Daten eines Patienten-CTs wurden der f?r die FEM-Analyse interessante Bereich mit dem Programm 3D Slicer separiert und anschlie?end anhand der Grauwerte segmentiert. Aus dem im STL-Format vorliegenden Bildausschnitt wurden mit dem Programm CATIA? das Modell eines unteren Molars mit parodontalem Ligament (PDL), der umgebende Knochen und ein kieferorthop?disches Attachment generiert. Zur Diskretisierung wurden die Oberfl?chenmodelle von Zahn, PDL, Knochen und der kieferorthop?dischen Behandlungsapparatur knotenweise miteinander verbunden. Als Ergebnis des Diskretisierungsprozesses entstand ein FE-Netz mit insgesamt 156?982 Volumenelementen. Ergebnisse: Nach dem beschriebenen Weg wurden ein unterer Molar mit PDL und der angrenzende Knochen aus einer CT-Aufnahme isoliert und f?r die Untersuchung der initialen Zahnbewegung mittels der Finite-Elemente-Methode aufbereitet. Auf der Grundlage einer CT-Aufnahme kann die numerische Simulation der initialen Zahnbewegung durchgef?hrt werden. Dabei lassen sich unterschiedliche Lastsituationen analysieren und vergleichen. Schlussfolgerung: Die Finite-Elemente-Analyse mit Patientendaten ist eine vielversprechende M?glichkeit zur Belastungssimulation im Hinblick auf ger?tespezifische Wirkungen, Nebenwirkungen und Weiterentwicklungen.
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