Entwicklung von Beurteilungskriterien zur Langzeitstabilität dentaler Biomaterialien mittels nichtlinearer Finite-Elemente-Methode
dc.contributor.author | Frendel, Kay | |
dc.date.accessioned | 2023-03-16T20:20:35Z | |
dc.date.available | 2021-01-05T09:45:46Z | |
dc.date.available | 2023-03-16T20:20:35Z | |
dc.date.issued | 2019 | |
dc.description.abstract | Ziel der vorliegenden Studie war es, das mechanische Verhalten einer dreigliedrigen temporären Brückenkonstruktion mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode nichtlinear zu simulieren und das FEM-Berechnungsmodell durch eine entsprechende experimentelle Versuchsreihe zu validieren. Weiterhin sollte untersucht werden, ob es einen signifikanten Unterschied im Materialverhalten zwischen der vielfach verwendeten Versuchsgeschwindigkeit von 1 mm/min und der, unter physiologischen Bedingungen beim Kauen auftretenden, Versuchsgeschwindigkeit von 130 mm/s gibt.Zunächst wurden die Materialeigenschaften von Telio CAD (Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Lichtenstein) in 3-Punkt-Biegeversuchen bei sechs verschiedenen Geschwindigkeiten (1 mm/min, 10 mm/min, 100 mm/min, 0,5 m/s, 1 m/s, 2,5 m/s) und in einer Dynamisch Mechanisch Thermischen Analyse (DMTA) bestimmt.Dabei wurde ein nichtlineares, geschwindigkeits- und temperaturabhängiges mechanisches Verhalten von Telio CAD ermittelt. Die nichtlinearen Materialeigenschaften konnten anschließend in das erstellte FEM-Berechnungsmodell einer dreigliedrigen Brücke integriert werden. Auf diese Weise konnte die Belastung der Brücke mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten (1 mm/min und 130 mm/s) simuliert und die zu erwartenden Dehnungen in der Brücke berechnet werden. Abschließend wurde ein zum FEM-Berechnungsmodell identischer Versuchsaufbau in zwei experimentellen Versuchsreihen zur Validierung durchgeführt. Die gemessenen Dehnungen sowie die Kraft-Verschiebungs-Kurven wurden mit den Ergebnissen aus der nichtlinearen FEM-Berechnung verglichen.In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass das Verhalten einer dreigliedrigen Brücke aus Telio CAD mit einer nichtlinearen FEM-Berechnung vorherzusagen ist. Im Gegensatz dazu zeigte der Vergleich zwischen linearer und nichtlinearer Simulation, dass die fälschliche Annahme von linear-elastischen Eigenschaften im Falle von Telio CAD in der Berechnung zu hohe Kraftwerte ergibt.Weiterhin konnte ein signifikanter Unterschied bei den Bruchkräften zwischen den beiden Versuchsgeschwindigkeiten (1 mm/min und 130 mm/s) festgestellt werden. Bei der höheren Geschwindigkeit verhielten sich die Brücken deutlich steifer und das Versagen trat bereits bei geringeren Kräften auf.Schlussfolgernd kann daher festgestellt werden, dass bei nicht linear-elastischen Materialeigenschaften des Prüfmaterials eine nichtlineare FEM-Berechnung im Vergleich zu einer linearen FEM-Berechnung genauere Ergebnisse liefert. Eine vereinfachende Annahme von linear-elastischen Materialeigenschaften sollte daher in FEM-Studien vermieden werden. Da unterschiedliche Prüfgeschwindigkeiten zu unterschiedlichen Ergebnissen führen können, sollte eine höhere, der Kaugeschwindigkeit vergleichbare, Prüfgeschwindigkeit bei zukünftigen Materialuntersuchungen berücksichtigt werden. | de_DE |
dc.description.abstract | The aim of this study was to simulate the nonlinear mechanical behaviour of a temporary three-unit fixed partial denture (FPD) by utilization of the nonlinear finite-element-method (FEM) as well as to validate the finite-element model through in-vitro experiments.Furthermore, the significant influence of the crosshead speed on the material behaviour was investigated by comparing the frequently used crosshead speed of 1 mm/min to the physiological chewing velocity of 130 mm/s.First of all the material properties of Telio CAD were determined by using a 3-point bending test setup with six different crosshead speeds (1 mm/min, 10 mm/min, 100 mm/min, 0,5 m/s, 1 m/s, 2,5 m/s) and a Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA).Through these investigations a nonlinear, velocity- and temperature-dependent mechanical behaviour of Telio CAD was identified. Afterwards the nonlinear material properties were integrated into the finite-element model of a three-unit FPD, enabling a simulation of loading the FPD with two different crosshead speeds (1 mm/min and 130 mm/s) by calculating the strain values.Finally, two experimental in-vitro test series with identical setups to the finite-element model were used for validation. The measured strain values as well as the force-displacement-graphs were compared to the results of the nonlinear FEM-calculations.In the present study it has been possible to demonstrate, that the nonlinear FEM-calculation is able to predict the mechanical behaviour of a three-unit FPD made of Telio CAD. In contrast, the comparison between a linear and a nonlinear FEM-calculation showed that an erroneous assumption of linear-elastic material properties may lead to too high force values.Furthermore, a significant difference of the fracture loads between the two crosshead speeds (1 mm/min and 130 mm/s) was detected. At the higher speed the FPDs displayed a stiffer behaviour and failure occurred at lower fracture loads.In conclusion, it can be stated that in case of nonlinear material properties a nonlinear FEM-calculation is able to deliver more accurate results than a linear FEM-calculation. Therefore, a simplified assumption of linear-elastic material properties should be avoided in FEM-studies. Since different crosshead speeds may lead to different results, a higher crosshead speed (chewing velocity) should be taken into account in further studies. | en |
dc.identifier.uri | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-158197 | |
dc.identifier.uri | https://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/15513 | |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-14895 | |
dc.language.iso | de_DE | de_DE |
dc.rights | In Copyright | * |
dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | * |
dc.subject.ddc | ddc:610 | de_DE |
dc.title | Entwicklung von Beurteilungskriterien zur Langzeitstabilität dentaler Biomaterialien mittels nichtlinearer Finite-Elemente-Methode | de_DE |
dc.type | doctoralThesis | de_DE |
dcterms.dateAccepted | 2020-11-04 | |
local.affiliation | FB 11 - Medizin | de_DE |
local.opus.fachgebiet | Zahnmedizin | de_DE |
local.opus.id | 15819 | |
local.opus.institute | Medizinisches Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik | de_DE |
thesis.level | thesis.doctoral | de_DE |
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