下頜骨在撞擊載荷作用下的應(yīng)力分布

1、下頜骨在撞擊載荷作用下的應(yīng)力分布    下頜骨在撞擊載荷作用下的應(yīng)力分布    第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報1999年第20卷第2期    薄斌周樹夏曹建廣張少峰    摘要目的：探討撞擊載荷作用時下頜骨不同結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布規(guī)律、應(yīng)力集中區(qū)域，為研究下頜骨撞擊損傷的生物力學(xué)機制提供參考依據(jù).方法：建立下頜骨三維有限元模型，在人尸體下頜骨撞擊實驗的基礎(chǔ)上，分析下頜骨不同結(jié)構(gòu)的受力規(guī)律.結(jié)果：撞擊頦部，其舌側(cè)區(qū)，磨牙后區(qū)內(nèi)側(cè)面、髁狀突頸外表面以及下頜角外

2、表面具有較高的張應(yīng)力；撞擊下頜體部，頦部舌側(cè)區(qū)，對側(cè)磨牙后區(qū)內(nèi)側(cè)面、對側(cè)下頜角外表面、撞擊側(cè)下頜角外側(cè)面、撞擊側(cè)體部內(nèi)側(cè)面具有較高的張應(yīng)力；撞擊下頜角，其內(nèi)側(cè)面、撞擊側(cè)髁狀突頸內(nèi)側(cè)面、頦部舌側(cè)面、對側(cè)髁狀突頸外表面以及撞擊側(cè)磨牙后區(qū)內(nèi)側(cè)面具有較高的張應(yīng)力.結(jié)論：下頜角、髁狀突頸部、下頜體部、磨牙后區(qū)是下頜骨撞擊損傷的好發(fā)部位，骨折部位與撞擊部位間有一定相關(guān)關(guān)系.    關(guān)鍵詞：下頜骨撞擊多元分析應(yīng)力分析    0引言    國外最早采用懸臂梁模型來模擬下頜骨，用以探討在咬合作

3、用下下頜骨的受力情況（應(yīng)力分布）1，以后又有許多學(xué)者采用光彈法和有限元法建立下頜骨模型來研究生理活動下下頜骨的應(yīng)力分布規(guī)律24，但多局限于自身咬合功能狀態(tài)下的靜載荷研究，而對下頜骨在外界致傷性動態(tài)載荷作用下的研究開展較少，內(nèi)容也比較局限.我們采用有限元方法，通過建立下頜骨動態(tài)三維有限元模型首次對撞擊載荷作用時下頜骨不同結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布規(guī)律、應(yīng)力集中區(qū)域進行探討，以期為深入研究下頜骨撞擊損傷的生物力學(xué)機制提供參考依據(jù).    1材料和方法        2結(jié)果 

4、0;  下頜骨各結(jié)構(gòu)在不同撞擊載荷作用下的張應(yīng)力水平見Tab13.    表1體部水平撞擊各結(jié)構(gòu)的張應(yīng)力    tab 1Stress results of impact to body    (MPa)            Areas        m1=

5、6 kg    m2=10 kg                V1=2.4 m/s    V2=3.8 m/s    V1=2.4 m/s    V2=3.8 m/s         &#

6、160;  Symphysis    3464    11203    7727    16329            Molar(L)    2069    7030    4

7、877    12394            Angle(L)    1303    4444    3211    8755            Body

8、(R)    1302    4226    2902    7510            Angle(R)    1166    3861    2875   

9、60;6945            Body(L)    1103    3639    2460    6094            Condyle(L)   &#

10、160;931    3054    2129    5842            Condyle(R)    849    2786    1950    5240  

11、0;         Molar(R)    700    2648    1755    4634            表2頦部水平撞擊各結(jié)構(gòu)的張應(yīng)力    tab 2Stress re

12、sults of impact to symphysis    (MPa)            Areas    m1=6 kg        m2=10 kg            V1=2.4

13、m/s    V2=3.8 m/s    V1=2.4 m/s    V2=3.8 m/s            Symphysis    2100    5824    5157    11745&

14、#160;           Molar    1707    5191    4419    9818            Condyle    1329 

15、;   4485    4027    8251            Angle    1236    3829    3338    7618     &#

16、160;      Body    996    2962    2400    6861            表3下頜角水平撞擊各結(jié)構(gòu)的張應(yīng)力    tab 3Stress results of impact to

17、angle    (MPa)            Areas    m1=6 kg        m2=10 kg            V1=2.4 m/s   &#

18、160;V2=3.8 m/s    V1=2.4 m/s    V2=3.8 m/s            Molar(R)    2111    6378    4705    10975    &

19、#160;       Condyle(R)    1674    5068    3733    8707            Symphysis    1658   

20、0;5018    3697    8623            Condyle(L)    844    2553    1881    4387       

21、60;    Molar(R)    727    2200    1621    3780            Body(L)    620    1905   &#

22、160;1383    3219            Molar(L)    616    1864    1337    3103            B

23、ody(R)    466    1453    1008    2527            Angle(L)    420    1272    937   

24、60;2505            3討論根據(jù)強度理論，張應(yīng)力和應(yīng)力集中是引起材料斷裂破壞的兩種重要危險因素.研究下頜骨在撞擊作用下的應(yīng)力分布規(guī)律，是對下頜骨進行生物力學(xué)分析的基礎(chǔ).根據(jù)下頜骨各結(jié)構(gòu)在承載外界撞擊載荷作用時的張應(yīng)力分布情況和應(yīng)力集中區(qū)域即可判斷骨折的好發(fā)部位.    Ueno等人采用脆性涂層和應(yīng)變片法，對人干燥下頜骨以及丙烯酸樹脂下頜骨模型進行頦部加載實驗，給頦部施加20 kg靜力時，兩側(cè)髁狀突頸部和頦部舌側(cè)區(qū)產(chǎn)生較大

25、的張應(yīng)力；在此基礎(chǔ)上，Huelk等人采用同樣方法對人離體干燥下頜骨頦部進行無損傷撞擊實驗，表明髁狀突頸部、下頜角以及頦部舌側(cè)區(qū)應(yīng)力比較集中.骨組織對張應(yīng)力的耐受強度遠不如對壓應(yīng)力的耐受強度，Huelk進一步采用電阻應(yīng)變片和高速攝影技術(shù)瞬時連續(xù)記錄下頜骨在撞擊作用下的應(yīng)力分布形式和骨折發(fā)生過程，證明骨折起始于撞擊點對側(cè)的高張應(yīng)力區(qū)，而不是撞擊側(cè)的壓應(yīng)力區(qū)域.劉寒冰2采用二維有限元方法對頦部在靜載荷下的下頜骨應(yīng)力分布進行研究，表明髁頸部、下頜角部、第三磨牙區(qū)為大應(yīng)力區(qū).    以往的研究僅限于對頦部受力進行力學(xué)分析，我們的研究則分別對頦部、下頜角、下頜體三個臨床上具有代表意義的部位進行撞擊，采用三維有限元方法來分析下頜骨各個結(jié)構(gòu)在不同撞擊載荷作用下的受力情況.結(jié)果表明，下頜骨各結(jié)構(gòu)在遭受不同部位撞擊時內(nèi)部的應(yīng)力分布、應(yīng)力