بررسی محاسباتی تاثیر خواص مواد بر عمل‌کرد سیم‌های ارتودنسی هوشمند در دماهای بالینی تحت بارگذاری مکانیکی

دندان به عنوان یکی از اعضای مهم بدن، نقشی اساسی در زیبایی دارد و یکی از بهترین راه‌ها برای درمان  نامرتبی و خرابی آن تا به امروز استفاده از ارتودنسی است. سیم های ارتودنسی هوشمند برای مرتب کردن دندان و به دلایلی نظیر رفتار ابرکشسانی، مقاومت در برابر خوردگی، عمر خستگی بالا، سازگاری خوب با دهان و کرنش برگشت‌پذیر کاربرد زیادی دارند. در این مقاله از روش اجزای محدود جهت بررسی رفتار مکانیکی سیم های ارتودنسی هوشمند مطابق استاندارد با اعمال نیروی کششی و با در نظر گرفتن خواص متالورژیکی آن‌ها استفاده شده است. مدل ماکروسکوپیک جهت توصیف خواص ماده بر اساس انرژی آزاد ترمودینامیکی هلم‌هولتز است. نتایج نشان می‌دهد که با تغییر 10 درجه‌ای دمای کلینیکی از 26 تا 36 درجه‌ی سانتی‌گراد، تنش‌های مسطح بالایی و پایینی و انرژی الاستیک ذخیره شده به ترتیب حدود 10 و 18.28 درصد کاهش یافته است. هم‌چنین با تغییر 10 درجه‌ای دمای کلینیکی از 36 تا 46 درجه‌ی سانتی‌گراد، به ترتیب تنش‌های مسطح بالایی و پایینی و انرژی الاستیک ذخیره شده حدود 18 و 47.26 درصد افزایش یافته است. در نهایت سیم ارتودنسی هوشمند با سطح اختلاف تنش‌های مسطح بالایی و پایینی کم‌تر، انرژی کرنش الاستیک پایین‌تر، حلقه‌ی هیسترزیس وابسته به رفتار ابرکشسانی کامل‌تر و تطابق بالای نتایج تجربی و عددی مربوط به تغییرات نیرو کرنش، عمل‌کرد بهتری نشان داده است. این مطالعه‌ی عددی می‌تواند روشی برای بررسی رفتار مکانیکی سیم های ارتودنسی هوشمند با توجه به اثرات خواص متالورژیکی و مکانیکی جهت اثربخشی طول درمان در دندان  ارائه نماید.

computational study of the effect of material properties on smart orthodontic wires performance in clinical temperatures under mechanical loading

teeth, as one of the most important organs of the body, play an essential role in beauty and one of the best ways to treat its disorder and damage is the use of orthodontics. smart wires are widely used in orthodontics for tidying teeth and for reasons such as superelastic behavior, corrosion resistance, high fatigue life, good compatibility and reversible strain.in this paper, the finite element method was used to investigate the mechanical behavior of smart orthodontic wires according to the standard by applying tensile force and considering their metallurgical properties. the macroscopic model for describing theproperties of matter was based on helmholtz thermodynamic free energy. the results showed that with a 10°c changes in clinical temperature from 26°c to 36°c, the upper and lower plateau stresses and the strain elastic energy decreased about 10% and 18.28%respectively. also with 10°c change in clinical temperature from 36°c to 46°c, the upper and lower plateau stresses and the strain elastic energy increased approximately 18% and 47.26% respectively. in conclusion, the smart orthodontic wire due to the lower level of the difference between the upper and lower plateau stresses, less elastic strain energy, complete hysteresis loop dependent on superelastic behavior and high correlation of experimental and numerical results related to force-strain changes showed betterperformance. this numerical study can provide a method to study the mechanical behavior of smart orthodontic wires with respect to the effects of metallurgical and mechanical properties for the effectiveness of the length of treatment in the tooth.