下颌骨在撞击载荷作用下的应力分布

1、下颌骨在撞击载荷作用下的应力分布    下颌骨在撞击载荷作用下的应力分布    第四军医大学学报1999年第20卷第2期    薄斌周树夏曹建广张少峰    摘要目的：探讨撞击载荷作用时下颌骨不同结构的应力分布规律、应力集中区域，为研究下颌骨撞击损伤的生物力学机制提供参考依据.方法：建立下颌骨三维有限元模型，在人尸体下颌骨撞击实验的基础上，分析下颌骨不同结构的受力规律.结果：撞击颏部，其舌侧区，磨牙后区内侧面、髁状突颈外表面以及下颌角外

2、表面具有较高的张应力；撞击下颌体部，颏部舌侧区，对侧磨牙后区内侧面、对侧下颌角外表面、撞击侧下颌角外侧面、撞击侧体部内侧面具有较高的张应力；撞击下颌角，其内侧面、撞击侧髁状突颈内侧面、颏部舌侧面、对侧髁状突颈外表面以及撞击侧磨牙后区内侧面具有较高的张应力.结论：下颌角、髁状突颈部、下颌体部、磨牙后区是下颌骨撞击损伤的好发部位，骨折部位与撞击部位间有一定相关关系.    关键词：下颌骨撞击多元分析应力分析    0引言    国外最早采用悬臂梁模型来模拟下颌骨，用以探讨在咬合作

3、用下下颌骨的受力情况（应力分布）1，以后又有许多学者采用光弹法和有限元法建立下颌骨模型来研究生理活动下下颌骨的应力分布规律24，但多局限于自身咬合功能状态下的静载荷研究，而对下颌骨在外界致伤性动态载荷作用下的研究开展较少，内容也比较局限.我们采用有限元方法，通过建立下颌骨动态三维有限元模型首次对撞击载荷作用时下颌骨不同结构的应力分布规律、应力集中区域进行探讨，以期为深入研究下颌骨撞击损伤的生物力学机制提供参考依据.    1材料和方法        2结果 

4、0;  下颌骨各结构在不同撞击载荷作用下的张应力水平见Tab13.    表1体部水平撞击各结构的张应力    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颏部水平撞击各结构的张应力    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下颌角水平撞击各结构的张应力    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讨论根据强度理论，张应力和应力集中是引起材料断裂破坏的两种重要危险因素.研究下颌骨在撞击作用下的应力分布规律，是对下颌骨进行生物力学分析的基础.根据下颌骨各结构在承载外界撞击载荷作用时的张应力分布情况和应力集中区域即可判断骨折的好发部位.    Ueno等人采用脆性涂层和应变片法，对人干燥下颌骨以及丙烯酸树脂下颌骨模型进行颏部加载实验，给颏部施加20 kg静力时，两侧髁状突颈部和颏部舌侧区产生较大

25、的张应力；在此基础上，Huelk等人采用同样方法对人离体干燥下颌骨颏部进行无损伤撞击实验，表明髁状突颈部、下颌角以及颏部舌侧区应力比较集中.骨组织对张应力的耐受强度远不如对压应力的耐受强度，Huelk进一步采用电阻应变片和高速摄影技术瞬时连续记录下颌骨在撞击作用下的应力分布形式和骨折发生过程，证明骨折起始于撞击点对侧的高张应力区，而不是撞击侧的压应力区域.刘寒冰2采用二维有限元方法对颏部在静载荷下的下颌骨应力分布进行研究，表明髁颈部、下颌角部、第三磨牙区为大应力区.    以往的研究仅限于对颏部受力进行力学分析，我们的研究则分别对颏部、下颌角、下颌体三个临床上具有代表意义的部位进行撞击，采用三维有限元方法来分析下颌骨各个结构在不同撞击载荷作用下的受力情况.结果表明，下颌骨各结构在遭受不同部位撞击时内部的应力分布、应力