《多尺度下牙隱裂產生機理的實驗研究及數值模擬》是依託西安交通大學，由牛林擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多尺度下牙隱裂產生機理的實驗研究及數值模擬
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：牛林
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
牙隱裂綜合徵為牙齒缺失的第三大因素。目前，對於牙隱裂病因的研究主要停留在合力、磨耗、齲壞等外在因素，而對於隱裂發生的部位- - -牙本質自身因素的研究非常缺乏，其形成機理亟待研究解決。本項目從牙本質力學性能與其多尺度下的微觀結構入手，利用Quanta400環境掃描電鏡、Microtest 原位力學試驗機及JEM-200CX透射電鏡等微觀載入及測量系統，套用原位載入的方法研究牙本質在模擬咬合力作用下，應力-應變與微米尺度、納米尺度微觀結構變化及裂紋產生的實時動態變化關係，並利用材料力學理論對實驗結果進行數值模擬。擬從實驗和理論兩個方面闡明牙隱裂的產生機制。實驗所獲得的多尺度下牙本質力學特性數據不僅能夠服務於牙本質的力學數值模擬，而且將為仿生類牙本質牙科充填材料的研究設計和最佳化提供充分的數據支持，具有十分重要的理論意義和非常廣闊的套用前景。
結題摘要
牙隱裂綜合徵為牙齒缺失的第三大因素。目前，對於牙隱裂病因的研究主要停留在合力、磨耗、齲壞等外在因素。本研究從牙本質力學性能與其多尺度、多等級下的微觀結構入手，利用Quanta400環境掃描電鏡、Microtest 原位力學試驗機及JEM-200CX透射電鏡等微觀載入及測量系統，套用原位載入的方法研究了牙本質在不同應力場作用下，應力-應變與微觀結構變化及裂紋產生的實時動態變化關係，發現牙本質微觀結構中的牙本質小管管周牙本質及管間牙本質不同的力學性能影響著其巨觀及微觀形變的變化及裂紋的形成發展過程，並利用理論計算分析從理論角度分析了牙本質微觀結構與力學特性的關係，在一定程度解釋了牙隱裂產生的機制。 原位載入在垂直於牙本質小管方向載入過程中，壓應力作用下，牙本質小管形變增加，小管管口在應力作用線上，受到顯著的拉應力，而在垂直於應力作用線上，受到明顯的壓應力。管口邊緣管周牙本質在拉應力作用下逐漸出現裂紋，並開始擴展。隨著應力的不斷增加，在載入表面的應力集中區，可以看到裂紋寬度及長度明顯增加，小管產生較大的扭曲，管壁裂紋進一步延伸，與鄰近小管的裂紋融合，進而產生牙本質的斷裂破壞。在平行於牙本質小管方向載入時，小管在沿長軸方向上受到壓應力作用產生形變，而在管壁則產生明顯的張應力，隨著應力的不斷增加，管壁在應力集中區出現裂紋，並沿小管長軸延伸，直至產生斷裂。同時，在牙本質增齡性改變與力學性能變化的研究中發現，不論牙本質小管排列方向如何，伴隨年齡的增加，牙本質裂紋擴展顯著增加，斷裂極限明顯降低，脆性增大。 牙本質從微觀結構上可以看作為橫觀各向同性材料。牙本質由牙本質小管、管周牙本質、管間牙本質組成。管周牙本質可以看作為纖維增強複合材料，而管間牙本質視為牙本質基體，從而得出牙本質的本構方程。根據牙本質的表面形態結構變化圖，運用IPP圖像分析軟體及ANSYS軟體，獲得牙本質模型。依據ANSYS的分析結果，可以認為牙本質是各向同性材料。模擬分析結果說明管周牙本質的存在，使得牙本質的等效彈性模量大於基體的彈性模量，從而起到增強材料強度的作用，降低了牙本質小管的破壞程度，且用該有限元分析模擬的方法得到的等效彈性模量的結果與實驗測得的結果基本一致。經過進一步分析，得出了牙本質小管的孔隙率及管周牙本質的範圍不同均會影響其等效彈性模量.
