نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

تحلیل اجزای محدود رفتار مکانیکی لیگامان پریودنتال با استفاده از مدل دوفازی پورو-هایپرالاستیک همسانگرد عرضی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه آموزشی مکانیک جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان
10.22060/mej.2026.25414.7949
چکیده
لیگامان پریودنتال به عنوان یک اتصال مکانیکی میان دندان و استخوان، نقش اساسی در انتقال و جذب بارهای جویدن، توزیع تنش در استخوان آلوئول و تسهیل حرکت دندان در طول درمان‌های ارتودنسی ایفا می‌کند. این بافت، به دلیل برخورداری از ساختاری پیچیده شامل شبکه‌ای از الیاف جهت‌دار کلاژن و محیطی متخلخل و اشباع از سیال، رفتار مکانیکی وابسته به زمان از خود نشان می‌دهد. از این‌رو، درک دقیق رفتار مکانیکی این بافت، به‌ویژه در نظر گرفتن عملکرد دوفازی آن، یکی از چالش‌برانگیزترین موضوعات در حوزه بیومکانیک دندان به‌ شمار می‌رود. در پژوهش حاضر، تحلیل رفتار مکانیکی دوفازی لیگامان پریودنتال تحت شرایط بارگذاری ارتودنسی با استفاده از روش اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحلیل، از تئوری کوپلینگ هیدرومکانیکی به‌منظور شبیه‌سازی اندرکنش فاز جامد و سیال درون لیگامان استفاده شده است. همچنین، در مدل‌سازی رفتار فاز جامد الیاف کلاژنی از نظریه هایپرالاستیسیته همسانگرد عرضی بعنوان نوآوری این پژوهش بهره گرفته ‌شده که منجر به پیاده‌سازی سابروتین یومت در نرم‌افزار آباکوس شده است. نتایج این شبیه‌سازی نشان می‌دهد که لحاظ نمودن همزمان اثرات هیدرومکانیکی و جهت‌گیری فضایی الیاف، در یک چارچوب جامع و منعطف به عنوان یک ابزار تحلیلی کارآمد در بیومکانیک دندانی امکان پیش‌بینی دقیق‌تر پاسخ‌های مکانیکی دندان به نیروهای ارتودنسی را فراهم می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Finite Element Analysis of the Mechanical Behavior of the Periodontal Ligament Using a Poro-Transversely Isotropic Hyperelastic Biphasic Model

نویسندگان English

Kimia Salehinezhad
Hassan Asadi Gilakjani
Department of Solid Mechanics, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan
چکیده English

The periodontal ligament as a mechanical connection between the tooth and the bone, plays a fundamental role in transmitting and absorbing chewing loads, distributing stress in the alveolar bone, and facilitating tooth movement during orthodontic treatments. This tissue exhibits time-dependent mechanical behavior due to its complex structure, which includes a network of oriented collagen fibers and a porous, fluid-saturated environment. Therefore, a detailed understanding of the mechanical behavior of the periodontal ligament, especially considering its two-phase performance, is one of the most challenging topics in the field of dental biomechanics. In the present study, the analysis of the biphasic mechanical behavior of the periodontal ligament under orthodontic loading conditions was investigated using the finite element method. In this analysis, the hydromechanical coupling theory has been used to simulate the interaction of the solid phase and the fluid within the ligament. Also, the theory of transverse isotropic hyper elasticity has been used as an innovation of this research in modeling the solid phase behavior of collagen fibers, which has led to the implementation of the UMAT subroutine in the Abaqus software. The results of this simulation show that simultaneously considering hydro mechanical effects and spatial orientation of fibers within a comprehensive and flexible framework as an efficient analytical tool in dental biomechanics, allows for more accurate prediction of mechanical responses of teeth to orthodontic forces

کلیدواژه‌ها English

Periodontal ligament
multiphase model
finite element method
transversly isotropic poro-hyperelastic
hydromechanical coupling

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 30 شهریور 1405