postgraduate student of Chair of Materials Science and Physics of Metals
аспирант кафедры материаловедения и физики металлов
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), senior researcher of laboratory “Metals and Alloys under the Extreme Conditions”, professor of Chair of Materials Science and Physics of Metals
доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях», профессор кафедры материаловедения и физики металлов
Nowadays, to improve the quality of life, dental implantation is widely used, and ensuring proper functioning and durability of the implantable devices is one of the most crucial tasks for modern-day dentistry. The development of new biomaterials with improved properties, such as nanostructured materials, widens the possibilities of medical goods miniaturization to create new-generation implants. Computer simulation plays a large part when designing these devices, which allows effectively specifying an implant design depending on the materials used and operation conditions. This paper presents the results of modeling using the finite-element method for the comparative analysis of an implant’s deformed behavior within the cyclic load conditions. The authors considered large-grained commercially pure titanium and nanostructured titanium with improved properties as implant material. The authors analyzed various arrangements of an implanted device according to the fatigue testing conditions – considering and not considering the influence of an abutment and the base reaction. The study identified the implant’s characteristics, such as fatigue endurance and safety factor for a specific type of arrangement and material type, as well as the equivalent stress distribution, including taking into account a sign. The research shows that the most realistic results can be achieved when modeling a device in the “abutment – implant – base” arrangement. The study demonstrates that strength characteristics crucial for product destruction are described by the maximum principal stresses, and the studied implant configuration ensures its longstanding proper functioning in the case of its production exceptionally from nanostructured titanium with enhanced properties.
В настоящее время для повышения качества жизни широко используется дентальная имплантация, и обеспечение надежного функционирования и долговечности имплантируемых изделий представляет собой одну из важнейших задач современной стоматологии. Разработка новых биоматериалов с улучшенными свойствами, таких как наноструктурные материалы, расширяет возможности миниатюризации медицинских изделий для создания имплантатов нового поколения. При проектировании этих устройств большую роль играет компьютерное моделирование, позволяющее эффективно определять дизайн имплантата в зависимости от используемых материалов и условий эксплуатации. В настоящей работе представлены результаты моделирования методом конечных элементов для сравнительного анализа деформированного поведения имплантата в условиях циклической нагрузки. В качестве материала имплантата рассматривали крупнозернистый технически чистый титан и наноструктурный титан с улучшенными свойствами. Рассматривали различные компоновки имплантируемого устройства в соответствии с условиями проведения усталостных испытаний – с учетом и без учета влияния абатмента и реакции основания. Установлены характеристики имплантата, такие как усталостная долговечность и коэффициент запаса для конкретного типа компоновки и типа материала, а также распределение эквивалентных напряжений, в том числе с учетом знака. Показано, что наиболее реалистичные результаты достигаются при моделировании устройства в компоновке «абатмент – имплантат – база». Продемонстрировано, что прочностные характеристики, определяющие разрушение изделия, описываются максимальными главными напряжениями, а исследованная конфигурация имплантата обеспечивает его длительное надежное функционирование в случае изготовления исключительно из наноструктурного титана с повышенными свойствами.