激光辐照下牙釉质的剥落机理

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牙齿健康是身体健康的重要指标之一。近年来,科学家们致力于牙齿疾病的治疗,提出和使用了激光治疗。这使得激光疗法中的热-力耦合和牙齿破坏的问题成为了热点问题。本文主要对激光照射下的牙釉质中的力学行为进行分析,并通过数值模拟的方法对其进行热-力耦合分析,为激光治疗龋齿提供理论依据。论文主要内容为:  首先,假设激光辐照区域内的牙釉质为均质材料且化学性质不变,即物理参数为常数。基于傅里叶热传导建立温度场控制方程。在计算温度场的过程中,运用分离变量、冲量定理和级数法等方法,得到温度场分布的解析解。再考虑温度场对变形场的影响,建立弹性系统热力耦合方程,运用半逆解法求解得到应力场的解析解。依据解析结果,考虑牙釉质可承担的最高温度和最大等效应力,分析可用激光照射参数。  其次,通过数值方法求解激光照射下牙釉质表面裂纹的裂尖应力强度因子,并分析了会影响裂纹应力强度因子的因素,其中包含了裂纹大小与位置。结果表明,裂纹的形态、大小、径向位置、与径向的夹角都会对裂尖应力强度因子产生影响,通过分析,可以得到裂纹最易发生扩展的危险区域。  最后,通过建立二维模型,模拟了激光照射下牙釉质中裂纹的扩展。在模拟过程中,分别计算了单裂纹和双裂纹的扩展情况。为了分析裂纹排布对裂纹扩展的影响,模拟了不同排布下的双裂纹。结果表明,激光照射下牙釉质中的裂纹会产生扩展。当裂纹间的距离过小时,会产生应力屏蔽效应,而距离适中时,裂纹之间会相互贯通,造成面积更大、深度更深的破坏,如果距离过大,裂纹之间的相互影响可以忽略。通过对裂纹扩展的模拟,验证了激光照射后牙釉质表面的剥落产生原因和过程。
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