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在牙科陶瓷等脆性材料的摩擦学实验中,如何能够真实地观察材料内部损伤形貌一直以来十分困扰研究人员。随着BIT实验技术引入牙科陶瓷领域,这一问题似乎得到了解决。为了观察常用牙科饰面陶瓷材料在赫兹接触及滑动摩擦状态下的应力分布规律,并探讨BIT实验技术在摩擦学研究中的可行性,本文应用接触力学的实验方法,对常用的两类饰面牙科陶瓷在BIT技术下的界面应力状况进行研究,为相关实验提供理论支持,并探究BIT实验技术在摩擦学研究中应用的合理性。
目的:探讨牙科饰面长石质陶瓷在BIT下的界面应力分布规律,为相关的摩擦学实验提供理论支持。
方法:根据相关口腔参数以及体外摩擦学实验模型,建立球面接触的三维有限元模型,采用接触单元力学的计算方法,对球面赫兹接触以及滑动接触状态下的陶瓷内部各种应力数值及应力分布进行数学运算,对加载球直径和材料、陶瓷材料、加载压力等实验参数对赫兹接触陶瓷应力分布的影响以及滑动位移、加载载荷等对滑动状态陶瓷应力分布的影响进行探讨。对于BIT技术,基于实验方法的研究,则主要考察不同粘结剂厚度对陶瓷应力值及应力分布规律的影响。
结果:
1.对于赫兹接触,加载球直径的大小和加载负荷的大小对陶瓷内部的应力值有直接的影响,加载球直径与应力值成反比,加载负荷与陶瓷内部的应力值成正比;加载材料以及陶瓷材料的不同也会影响陶瓷应力的大小;陶瓷内部的应力分布关于粘结界面及YZ面对称,应力分布图在粘结界面和球接触面均呈同心圆弧状,由高到低逐渐变小。
2.对于滑动接触状态,随着加载负荷的增加,各种应力值呈正向增大;而滑动位点对于应力分布,则影响不大。在陶瓷内部沿加载及滑动方向,随着深度的增加,应力呈逐渐减小趋势,但在滑动方向上,最大应力值在距加载点一定距离处。滑动状态下的陶瓷内部应力分布图与赫兹状态下类似,也呈同心圆弧状。
3.对于BIT粘结剂厚度,在30μm以内,随着粘结剂厚度的增加,陶瓷内部以及粘结剂内的应力值有略微增加,应力分布的高应力区向界面内偏移,但是不影响定性分析应力分布规律。
结论:陶瓷在受到球面加压时,其应力分布呈同心圆弧状降低,其应力值大小与加载球直径、材料、载荷大小密切相关。这为陶瓷体外相关实验的观察结果提供了相关的理论支持,也为临床陶瓷修复时的材料设计、牙尖调改等提供了实验依据。在BIT技术存在下,陶瓷内部的应力场向陶瓷内部以及表面偏移,其分布规律也大体呈同心圆弧状。作为应用于脆性材料内部损伤观察的一种实验方法,BIT技术虽然不能十分精确的反应出应力分布的特征,但仍旧不失为一种可行的定性观察内部形貌的实验方法,对于摩擦学实验方法的丰富和改进,具有重大的理论意义。