一种牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法技术

本发明专利技术属于应力测量技术领域，具体涉及一种牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法。该技术方案中，通过对牙齿修复体粘接结构进行不同拉剪应力比下的失效强度测试，并借助有限元模型分析得到牙齿修复体粘接结构有限元仿真分析模型的应力信息，结合与粘接胶层的法向及切向的应力组合，精确的得到所述粘接胶层上的若干胶层单元的失效强度，以及安全余量比，综合对牙齿修复体粘接结构上的粘接胶层进行评价和校准，该方法相对于现有技术中的简单的剪切性能测试，进行了更加全面的受力分析，对牙齿修复体粘接结构中不同位置的粘接剂的应力状态和强度条件均进行了分析及计算，使最终的校准结果更加准确，更加趋近牙齿修复体粘接结构的真实状态。粘接结构的真实状态。粘接结构的真实状态。

【技术实现步骤摘要】
一种牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法


[0001]本专利技术属于应力测量
，具体涉及一种牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法。

技术介绍

[0002]牙齿修复体在实际应用过程中，修复体粘接胶层内部会受到多种类型的力，其中包含剪切力、拉伸力、压缩力和弯曲力。其中，剪切力是当修复体和牙齿表面之间受到剪切力时，剪切力会通过粘接胶层进行传递，剪切力是平行于接触面的力；拉伸力会发生在修复体和牙齿表面之间的粘接胶层中，当修复体被施加拉伸力时，会在粘接胶层中产生拉应力。
[0003]由于牙齿修复体和牙之间的粘接胶层较薄，主要受到垂向作用力和剪切作用力的作用，垂向作用力在胶层中主要产生垂直于粘接胶层的法向拉应力，剪切作用力在粘接胶层中主要产生于平行于粘接胶层的切向剪应力。但粘接结构胶层的受力状态并非单一的剪切或拉伸作用力，而是较为复杂的拉伸和剪切外力组合作用状态，其他作用力在粘接胶层上所产生的应力分量也是以粘接胶层的法向拉应力与切向剪应力为主。这些力可能会相互作用，形成复杂的应力分布，影响粘接胶层的稳定性和牙齿修复体的寿命。因此在选择和使用粘接剂时，需要考虑拉应力和剪应力组合下的影响，并确保所选的粘接剂能够在不同组合应力作用下提供稳定的粘接，因此采取粘接胶层法向拉应力与切向剪应力作为粘接结构强度校准的评价依据。
[0004]目前，测试牙齿修复体粘接强度的常规方法是剪切粘接强度测试。采用其中的粘接试样制备装置进行粘接性能测试样品的制备，然后将试件固定于万能材料试验机上特制的夹具中，调整加载头贴紧牙本质粘接胶层，使加载力方向与粘接胶层平行，直到修复体从牙齿表面剥离，试验机自动记录试件断裂破坏时的力值，该方法主要测试的是牙齿修复体粘接结构的剪切性能。
[0005]然而，实际上牙齿修复体粘接结构的受力状态复杂，粘接结构中不同位置粘接剂的应力状态是不同的，所对应的粘接剂强度条件也不同。粘接结构的有限元仿真分析中缺乏有效地应力评价指标，尤其是对复杂应力状态下的粘接结构胶层单元应力校准。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的缺乏有效的应力评价指标对复杂应力状态下粘结结构中不同位置的粘结剂的应力状态进行测试分析并校准的技术缺陷。提供一种牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法，包括如下步骤：
[0009]步骤S1、通过应力测量装置对牙齿修复体粘接结构进行不同拉剪组合应力状态下的失效强度测试，所述牙齿修复体粘接结构包括离体牙以及设置于所述离体牙顶面的修复体结构，所述修复体结构与所述离体牙直接的接触面为粘接胶层；
[0010]步骤S2、根据所述粘接胶层的主要应力分量状态以及粘接胶层的形状，对步骤S1中的所述应力测试装置中的加载组件进行设计和加工；
[0011]步骤S3、将粘接胶层的粘接面上的法向拉应力与切向剪应力作为牙齿修复体粘接结构的强度校准的评价依据，并定义法向拉应力与切向剪应力的比为拉剪应力比；
[0012]步骤S4、通过准静态拉伸破坏实验对牙齿修复体粘接结构进行拉剪应力比在0～+∞范围内的失效强度测试，并测得多个牙齿修复体粘接结构的失效强度值，记为F，对若干所述失效强度值数据进行取平均值处理得到不同拉剪应力比的牙齿修复体粘接结构的失效强度值F
n
；
[0013]步骤S5、建立牙齿修复体粘接结构的正剪应力坐标系，并将步骤S4的数据在所述正剪应力坐标系中转化成牙齿修复体粘接结构的失效强度条件折线，再通过对所述折线优化处理形成拟合曲线，得到应力失效准则曲线的表达式为：
[0014][0015]其中，ω表示所述粘接胶层的拉应力值；
[0016]μ表示所述粘接胶层的剪应力值；
[0017]K表示所述粘接胶层受拉伸作用下的失效强度值；
[0018]H表示所述粘接胶层受剪切作用的失效强度值；
[0019]步骤S6、建立待校准的所述牙齿修复体粘接结构的有限元仿真分析模型，对牙齿修复体粘接结构的有限元仿真分析模型进行各部分的材料参数的定义，对牙齿修复体粘接结构的有限元仿真分析模型施加载荷工况和约束条件，通过仿真计算对牙齿修复体粘接结构中的粘接胶层的应力状态进行分析，得到牙齿修复体粘接结构中每个粘接胶层单元的应力分布状态；分析牙齿修复体粘接结构中粘接胶层的主要受力状态，确定出所述粘接胶层的主要应力分量，得到粘接胶层中每个胶层单元的应力信息；
[0020]步骤S7、将步骤S6中所述胶层单元的应力信息转换为粘接面的法向拉应力与切向剪应力的组合形式，计算所述胶层单元的拉剪应力比，再根据所述拉剪应力比以及粘接胶层的失效强度条件曲线求解出胶层单元的失效强度；
[0021]步骤S8、求解所述胶层单元的安全余量比，并通过所述安全余量比对所述胶层单元的应力状况进行评价与校准。
[0022]本专利技术的技术方案中，提供了一种牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法，该校准方法通过对牙齿修复体粘接结构进行不同的拉剪应力比下的失效强度测试，并借助有限元模型分析得到牙齿修复体粘接结构有限元仿真分析模型的应力信息与粘接胶层的法向及切向的应力组合结合，精确的得到所述粘接胶层上的若干胶层单元的失效强度，以及安全余量比，综合对牙齿修复体粘接结构上的粘接胶层进行评价和校准，该方法相对于现有技术中的简单的剪切性能测试，进行了更加全面的受力分析，对牙齿修复体粘接结构中不同位置的粘接剂的应力状态和强度条件均进行了分析及计算，是最终的校准结果更加准确，更加趋近牙齿修复体粘接结构的真实状态。
[0023]作为本专利技术的优选技术方案，步骤S3中，所述拉剪应力比的取值范围为0～+∞，每个拉剪应力比值代表粘接胶层的一种应力状态，同时也对应着粘接胶层的一个失效强度条件，定义粘接胶层的中心为O点，定义与所述粘接胶层位于同一平面的加载点位为
与O点之间连线为L1，以O点为圆心，以L1为半径逆时针旋转得到若干不同的加载点位，按照进行标记，对应的不同的加载点位与O点的连线按照L2、L3、
···
，L
n
，进行标记，将L
n
‑3与L1之间的夹角设为α，拉应力与剪应力的比值不同，则α的值不同，由此得到若干拉应力与剪应力的比值为tanα的粘接胶层的粘接强度值。
[0024]作为本专利技术的优选技术方案，对所述粘接胶层间隔设置七个加载点位，相邻所述加载点位与所述O点之间连线的夹角为15
°
。
[0025]作为本专利技术的优选技术方案，步骤S3中，所述拉剪应力比取值范围为0～+∞，定义应力测量装置具有七个加载点位，分别为加载孔的形式，七个加载孔与O点的连线之间的夹角为15
°
，则七个加载孔对应的拉剪应力比分别为tan0
°
、tan15
°
、tan30
°
、tan45<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、通过应力测量装置对牙齿修复体粘接结构进行不同拉剪组合应力状态下的失效强度测试，所述牙齿修复体粘接结构包括离体牙以及设置于所述离体牙顶面的修复体结构，所述修复体结构与所述离体牙直接的接触面为粘接胶层；步骤S2、根据所述粘接胶层的应力分量状态以及粘接胶层的形状，对步骤S1中所述应力测试装置的加载组件进行设计和加工；步骤S3、将粘接胶层的粘接面上的法向拉应力与切向剪应力作为牙齿修复体粘接结构的强度校准的评价依据，并定义法向拉应力与切向剪应力的比为拉剪应力比；步骤S4、对牙齿修复体粘接结构进行拉剪应力比在0～+∞范围内的失效强度测试，并测得多个牙齿修复体粘接结构的失效强度值，标记为F，对多个所述失效强度值数据进行取平均值处理得到所述牙齿修复体粘接结构在不同拉剪应力比下的失效强度值F
n
；步骤S5、建立牙齿修复体粘接结构的正剪应力坐标系，并将步骤S4的失效强度值数据在所述正剪应力坐标系中转化成牙齿修复体粘接结构的失效强度条件折线，再通过对所述折线优化处理形成拟合曲线，得到失效强度条件曲线的表达式为：其中，ω表示所述粘接胶层的拉应力值；μ表示所述粘接胶层的剪应力值；K表示所述粘接胶层受拉伸作用下的失效强度值；H表示所述粘接胶层受剪切作用的失效强度值；步骤S6、建立待校准的所述牙齿修复体粘接结构的有限元仿真分析模型，并对所述牙齿修复体粘接结构的有限元仿真分析模型进行各部分的材料参数定义，对牙齿修复体粘接结构的有限元仿真分析模型施加载荷工况和约束条件，通过仿真计算对牙齿修复体粘接结构中的粘接胶层的应力状态进行分析，得到牙齿修复体粘接结构中粘接胶层上的每个胶层单元的应力分布状态；分析牙齿修复体粘接结构上粘接胶层的主要受力状态，确定出所述粘接胶层的主要应力分量，得到所述粘接胶层中每个所述胶层单元的应力信息；步骤S7、将步骤S6中所述胶层单元的应力信息转换为粘接面的法向拉应力与切向剪应力的组合形式，计算所述胶层单元的拉剪应力比，再根据所述拉剪应力比以及粘接胶层的失效强度条件曲线求解出所述胶层单元的失效强度；步骤S8、求解所述胶层单元的安全余量比，并通过所述安全余量比对所述胶层单元的应力状况进行评价与校准。2.根据权利要求1所述的牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法，其特征在于，步骤S3中，所述拉剪应力比的取值范围为0～+∞，每个拉剪应力比值代表粘接胶层的一种应力状态，同时也对应着粘接胶层的一个失效强度条件，定义粘接胶层的中心为O点，定义与所述粘接胶层位于同一平面的加载点位为与O点之间连线为L1，以O点为圆心，以L1为半径逆时针旋转得到若干不同的加载点位，按照进行标记，对应的不同的加载点位与O点的连线按照L2、L3、
···
，L
n
，进行标记，将L
n
‑3与L1之间的夹角设为α，
拉应力与剪应力的比值不同，则α的值不同，由此得到若干拉应力与剪应力的比值为tanα的粘接胶层的粘接强度值。3.根据权利要求2所述的牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法，其特征在于，对所述粘接胶层间隔设置七个加载点位，相邻所述加载点位与所述O点之间连线的夹角为15
°
。4.根据权利要求3所述的牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法，其特征在于，步骤S4
‑
S5中，拉剪应力比在0～+∞的范围的牙齿修复体粘接结构失效强度值分别为F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7；将粘接胶层的剪应力值和拉应力值分别设为μ和ω，则μ＝F
n
·
cos(α)ω＝F
n
·
sin(α)；将所得到的若干组所述粘接胶层的剪应力值μ和拉应力值ω的实验数据，在所述正剪应力坐标系中进行描点、连线，描点的坐标为(μ、ω)，得到了一条覆盖多个所述拉剪应力比的牙齿修复体粘接结构的失效强度条件折线；再利用最小二乘法对折线形的牙齿修复体粘接结构的失效强度条件进行拟合处理得到失效强度条件曲线。5.根据权利要求3所述的牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法，其特征在于，步骤S6中，所述有限元仿真分析模型用于对粘接结构中的全部粘接胶层进行强度校准，粘接胶层位于离体牙和修复体结构之间；对所述粘接胶层进行单元划分，其中离体牙、修复体结构和粘接胶层均采用八节点六面体单元进行划分，修复体结构与粘接胶层的接触面、粘接胶层与离体牙的接触面均采用共节点的形式连接在一起；所述离体牙下端施加沿x轴、y轴和z轴方向的平动和转动约束，仿真分析计算的载荷工况条件根据粘接结构在使用过程中实际工况条件进行施加。6.根据权利要求5所述的牙齿修复体粘接结构拉剪组合应力强度校准方法，其特征在于，所述八节点六面体单元的应力采用六个应力分量形式表示，分别为ω
x
,ω
y
,ω
z
,μ
xy
,μ
yz
,μ
xz
；具体方法如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭伟，汤慧萍，齐欢，林鹤，邢旺，郭卉君，陈子昂，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：