유한요소 분석을 통한 심미적 교정 브라켓의 응력 및 구조분석에 관한 연구

• 영문명: STRESS DISTRIBUTION IN EXTHETIC ORTHODONTIC BRACKETS : AN ANALYSIS USING THE FINITE ELEMENT METHOD
• 발행기관: 대한치과교정학회
• 저자명: 이원유(Won-You Lee) 안주삼(Ju-Sam An) 박영철(Young-Cheol Park) 박명균(Myeong-Kyun Park) 손홍범(Hong-Bum Sohn) 정시동(S
• 간행물 정보: 『The Korean Journal of Orthodontics』제28권 제1호, 43~49쪽, 전체 7쪽
• 주제분류: 의약학 > 기타의약학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 1998.02.28

국문 초록

본 연구는 유한요소 분석법의 사용으로 세가지 형태의 브라켓에 tipping과 torquing force를 부여하여 응력분포를 알아보고 또한 스테인레스 스틸과 세라믹의 재질을 이의 설정하여 응력분포를 알아보고 생역학적으로 우수한 브라켓을 디자인 하는 데 기초가 되기위해 수행되었다. 선정된 세가지의 브라켓은 A:Transcend(Unutek) B:Signature(RMO) C:PAW(Plane Arch Wire appliance)이었다. 철선은 0.0175x0.025 스테인레스 스틸과 C형은 새롭게 고안된 마름모꼴 철선이 이용되었다. tipping force는 4.27N을 브라켓의 wire slot의 gingival wall의 mesial surface와 대각선으로 대칭되는 면에 각각의 node에 분력의 형태로 작용시켰다. torquing force는 couple force의 형태로 32.858N을 19.7도 회전하였고 bracket C형은 동량의 힘을 11.3도 회전하여 X와 Y의 방향으로 분력의 형태로 나누어 해석하였고 von Mises stress(최대상당응력)가 각 브라켓에서 기록되었다. 이에 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 유한요소 해석을 통해 브라켓과, wire slot을 실제로 제작하지 않고도 각각의 재료에 따른 응력분포를 예측할 수 있었다. 둘째, 응력의 집중부위는 Tipping시 브라켓 A, B, C 모두 유사하게 나타났는데 브라켓 wire slot의 gingival wall과 mesial surface가 만나는 부위와 wire slot의 incisal wall과 distal surface가 만나는 부위였다. Torquing시 wire slot의 길이 방향을 따라 넓게 분포되었고 gingival wall과 협면으로 이행되는 모서리 그리고 incisal wall 내면에 집중되었다. 셋째, 브라켓에 작용하는 응력은 Tipping에 의한 것보다는 Torquing에 의한 영향이 더 큼을 알수 있었으며 Torquing force를 기준으로 브라켓을 설계하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다. 넷째, 브라켓의 형상과 함께 재료의 변화가 응력감소에 영향을 미치는 것으로 사료되므로 브라켓 제작시 한가지 재료보다 응력이 많이 받는 부위는 다른 재료를 사용하여 응력의 분포를 줄일수도 있음을 알수있었다. 다섯째, 사용하기에 용이하고 운용이 효율적일 것으로 판단되는 브라켓 C형(PAW 브라켓)은 응력집중현상이 다른 두 브라켓보다 크게 나타났으므로 이의 제작시 기계적 성질이 우수한 재료를 사용해야 할 것으로 사료되었다.

영문 초록

The aim of this study were to measure and compare the stress level on three type brackets and each other material (stainless steel, ceramic) with tipping and torquing forces by using the finite element analysis and to design bioniechanically favorable brackets. For this study, three kinds of brackets were selected(A:Transcend-RMO, B:Signature-Unitek, C:PAW plain archwire appliance-applied for a patent in Yonsei University). The slot size of bracket was 0.022inch and the size of archwire was 0.0175x0.025inch and taper shaped archwire was used in PAW. Loading force in tipping was 4.27N and torquing force was 32.858N applied by archwire torsion with 19.7degree and 113 degree in C type bracket. The conclusions were that (1) The finite element method proved to be a useful tool in the stress analysis of orthodontic bracket subjected to various forces.. (2) With tipping, the stresses were concentrated at the gingival wall of the wire slot where it meets the mesial bracket surface and the incisal wall of the wire slot where it meets the distal bracket surface and with torquing, the stresses were concentrated at the junction of the gingival or incisal wall and base of the slot (3) The maximum stress value was higher in torquing force than tipping force and therefore it is desirable to design on the basis of torquing force. (4) It was considered that the change in material might be affect on the diminish of stress value in the place of stess concentration. (5) The maximum stress value was highest on PAW bracket when the tipping and torquing force was applied and therefore it would be desirable to use mechanically favorable material on PAW bracket

키워드

bracket fine element Tipping Torquing force 응력분포 Finite element method Stress distribution