繰り返し荷重下におけるオールセラミック前装冠の破折確率と寿命の計算 - FEAによる検討

Computation of the fracture probability and lifetime of all ceramic anterior crowns under cyclic loading - An FEA study.

抄録

目的:

二ケイ酸リチウムガラスセラミック(IPS e.max CAD, LD, Ivoclar Vivadent, Liechtenstein)およびジルコニア含有ケイ酸リチウムガラスセラミック(Celtra Duo, ZLS, Dentsply Sirona, USA)で製作された前装冠のサイクル荷重下における寿命と破折確率を予測すること。

OBJECTIVES: To predict the lifetime and fracture probability of anterior crowns made of a lithium disilicate glass-ceramic (IPS e.max CAD, LD, Ivoclar Vivadent, Liechtenstein) and a zirconia-containing lithium silicate glass-ceramic (Celtra Duo, ZLS, Dentsply Sirona, USA) under cycling loading.

方法:

粘弾性パラメータを測定するために3点曲げ試験を行った。これらのパラメータは、結晶化後の前装冠の残留応力を計算するために使用した。次の解析では、前装冠の繰り返し荷重を計算した。この複合応力状態（残留応力と外部からの繰り返し荷重による応力状態）に基づいて、CARES/Lifeソフトウェアを用いて前装冠の寿命サイクルと破折確率を計算した。最後に、計算結果の比較と検証のために疲労実験を行った。

METHODS: Three-point bending tests were conducted to measure the viscoelastic parameters. These parameters are used to compute the residual stresses of the anterior crown after crystallization. In the next analysis, the cyclic loading on the anterior crown was calculated. Based on this combined stress state (residual stress and stress state due to external cyclic loading), the life cycle and fracture probability of the anterior crown was calculated using the CARES/Life software. Finally, fatigue experiments were carried out to compare and validate the results of the computations.

結果:

この方法論により、両材料の寿命の健全な定性的比較は可能であるが、両材料の前装冠の破壊確率の計算結果は、実験から求めた疲労パラメータを用いた疲労試験結果と比較して非常に低かった。実験結果と良好に対応させるためには、両材料のSCG指数nを相関係数0.38で修正する必要がある。

RESULTS: Although a sound qualitative comparison of the lifetime of both materials can be done using this methodology, the calculated fracture probability of the anterior crown for both materials was very low in comparison with the fatigue test results using the fatigue parameters determined from the experiments. In order to achieve good correspondence with the experimental results, the SCG exponent n for both materials should be modified by a correlation factor of 0.38.

意義:

この修正された計算ストラテジーを用いることで、歯科用ガラスセラミックスの時間のかかる疲労試験の結果を綿密に予測することができる。この方法は、時間とコストを節約するために、新しいガラスセラミック材料の開発プロセスに組み込むことができる。

SIGNIFICANCE: Using this modified computational strategy, the results of the time-consuming fatigue tests for dental glass-ceramics can be closely predicted. This methodology can be integrated into the development process of new glass-ceramic materials in order to save time and costs.