O presente trabalho analisou numericamente e experimentalmente as características mecânicas de alças ortodônticas com geometria delta, com e sem helicóide superior. Estudos dessa natureza sobre alças delta sem o helicóide superior ainda não se encontram na literatura. O material utilizado na confecção das alças foi uma liga formada por titânio-molibdênio, comum em aplicações ortodônticas. As simulações numéricas foram realizadas através do método dos elementos finitos (MEF) utilizando elementos tridimensionais e análise para grandes deslocamentos, diferentemente das análises encontradas até o momento para este tipo de alça que são exclusivamente bidimensionais. As alças foram simuladas de acordo com uma situação real de uso clínico, com ativação horizontal (direção x). Nas análises experimentais, onde foram obtidas as forças e momentos reativos, utilizou-se uma plataforma com extensômetros montados em ponte completa de Wheatstone, os quais fornecem valores de tensões elétricas de saída correspondentes à deformação aplicada na alça (corpo de prova). Para a leitura das variações de tensões elétricas foi utilizado um sistema de aquisição de dados da National Instruments, o qual, através do programa Labview, fornece valores de tensões elétricas que são convertidos em forças e momentos calibrando-se a plataforma. Cada valor de força e momento reativo foi tabulado desde a ativação nula até seu valor máximo de ativação, isto é, um pouco antes de atingir o escoamento do material da alça. Além de forças e momentos reativos, foram determinadas as relações momento força (M/F). Tais relações, segundo a literatura, definem o tipo de movimentação dentária em um caso clínico. Os resultados obtidos mostraram que as forças reativas no eixo x nas alças sem helicóide são maiores que nas alças com helicóide. Já as forças reativas de intrusão/extrusão dentária atuantes no eixo y apresentaram valores similares para os dois tipos de alças, sendo muito pequenas e por isso desconsideras nesta pesquisa devido à sua pouca influência nos resultados. Obteve-se uma curva da variação de tensões ao longo das alças em função da ativação, e observou-se que alças sem helicóide apresentam tensões mais altas em um mesmo valor de ativação e consequentemente maior tendência a plastificação. A relação M/F predominante neste trabalho foi a relação Mz/Fx a qual estabelece a maioria dos tipos de movimentos dentários encontrados na literatura e a única para o tipo delta até então. Os tipos de movimentos dentários originados com o uso das alças delta com e sem helicóide, de acordo com a relação Mz/Fx, no plano xy são de rotação de raiz, rotação de coroa e de translação. Partindo-se dos valores de My/Fx infere-se que não há movimentação dentária para este tipo de alça. Outro fator não explorado na literatura e presente nesta pesquisa é a variação angular entre as extremidades e seu impacto nos resultados finais de forças, momentos e relação M/F. / This study analyzed numerically and experimentally the mechanical characteristics of orthodontic springs with delta geometry with and without an upper loop. To our knowledge this kind of study of delta springs without an upper loop has not yet been described in the literature. The material used to make the springs was a titanium-molybdenum alloy commonly used in orthodontic applications. Numerical simulations were performed with finite element modeling (FEM) using three-dimensional elements and large-displacement analysis, unlike the analyses found in the literature to date for this type of spring, which are exclusively two-dimensional. The springs were simulated to reflect a real clinical situation with horizontal activation (in the x direction). In the experimental analysis to determine the reactive forces and moments, a platform with strain gauges mounted on a full Wheatstone bridge whose output voltages corresponded to the strain applied to the spring (the test specimen) was used. The voltage variations were read with the aid of a National Instruments data acquisition system, which, when used with the LabVIEW program, provides voltage values which are converted into forces and moments to calibrate the platform. Each value of force and reactive moment was recorded in a table, from zero activation to the maximum value, i.e., just before the yield strength of the material was reached. In addition to the reactive forces and moments, the moment-to-force ratios (M:F) were measured. According to the literature, these ratios define the type of tooth movement in a clinical case. The results show that the reactive forces along the x-axis in the springs without a loop were greater than in the springs with a loop. In contrast, the reactive intrusive/extrusive forces in the y-axis, which were very small and could be neglected in this study because they had little influence on the results, were similar for both types of spring. A curve showing the change in stress along the spring as a function of activation was plotted. This showed that springs without a loop had higher stresses for a given activation value and therefore a greater tendency to deform plastically. The predominant M:F ratio in this study was the Mz/Fx ratio, which is the moment-to-force ratio that produces most types of tooth movements described in the literature and is to date the only moment-to-force ratio described in the literature for the delta spring. The tooth movements in the xy-plane as a result of the Mz/Fx moment-to-force ratio produced by delta springs with and without a loop are root rotation, crown rotation and translation. Based on the values of My/Fx observed, it can be inferred that this type of spring does not produce any tooth movement in the xz-plane. Another factor that is not explored in the literature but that was considered here is the variation in the angle between the extremities of the spring and its impact on the final forces, moments and M:F ratio.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/1012 |
| Date | 07 October 2014 |
| Creators | Rodrigues, Fábio Rodrigo Mandello |
| Contributors | Borges, Paulo César, Luersen, Marco Antônio |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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