Optimization of human tooth crown in terms of stresses occured after firing process

Abstract

Bu çalışmada, protetik tedavi amacıyla kullanılan ve farklı alt ve üst yapı malzemelerinden oluşturulan insan dişi kaplamalarında, fırınlama işlemi sonrası meydana gelen ısıl gerilmeler açısından daha uyumlu malzeme çiftlerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Günümüzde, diş hekimliğinde en çok tercih edilen malzeme çiftleri kullanılmıştır. Çalışmada öncelikle, incelenen metal alaşımlarının üçüne ait yüksek sıcaklıklardaki elastik ve plastik bölge davranışları sıcak basma testleriyle belirlenmiştir. İncelenen malzemelerin diğer özellikleri literatür çalışmalarından veya üretici firmaların dokümanlarından elde edilmiştir. Ayrıca porselenin yüksek sıcaklıklardaki viskoelastik davranışlarının etkilerinin, elastik özellikler içine dahil edildiği hesaplamalar geliştirilmiştir. İnsan üst ön dişine (santral dişe) ait bir kaplama numunesi hazırlanarak standart pişirme işlemi sonrasındaki iç ve dış yüzeylerin sıcaklık değişimleri ölçülmüş ve soğuma eğrileri tayin edilmiştir. Elde edilen bu soğuma eğrileri yardımıyla ışınım ve taşınım etkilerini birlikte içeren eşdeğer taşınım katsayıları hesaplanmıştır. ABAQUS sonlu elamanlar paket programı kullanılarak deney numunesinin üç boyutlu modeli kurulmuştur. Deneysel çalışmalar yardımıyla hesaplanan eşdeğer taşınım katsayıları modele uygulanmış, bu katsayılar üzerinde yapılan küçük seviyelerdeki düzeltmelerle analizlerden elde edilen soğuma eğrileri, deneysel soğuma eğrileriyle uygun hale getirilmiş ve bu şekilde ortam tam olarak tanımlanmıştır. Daha sonra tanımlanan bu ortam şartlarında farklı malzeme çiftleri için soğuma sırasında oluşan ısıl gerilmelerin analizleri yapılmıştır. Sonuçlar maksimum gerilmeler ile artık gerilmeler açısından değerlendirmiştir. In this study, it has been purposed to determine the more harmonious material pairs in human tooth crowns which are used for prosthetic treatments and constituted from the different substructure and veneering materials in terms of stresses occurred after firing process. It has been used the most preferred material pairs in dentistry at the present time. Firstly, elastic and plastic region behaviors in the high temperatures of three of the investigated metal alloys have been determined by the hot compression tests. The other properties of the investigated materials have been obtained from the literature studies or documents of the producing firms. Also, it has been developed the calculations that the viscoelastic behaviors effects of the porcelain in high temperatures have been included into the elastic properties. the temperature variations of the inner and outer surfaces been measured after the standard firing process, preparing a crown specimen relating to central incisor tooth of human and then the cooling curves of the inner and outer surfaces has been determined. With the assistance of these cooling curves obtained, the equivalent convection coefficients include the effects of radiation and convection together, have been calculated. The three dimensional (3D) model of the test specimen prepared has been constituted, using ABAQUS finite element program. The equivalent convection coefficients calculated from the experiments have been entered into the finite element program, and then the cooling curves obtained from the analyses have been fitted to the experimental cooling curves, making the minor revisions on these coefficients. In this way, the atmosphere in the furnace has been determined exactly in the finite element program. Afterwards, the analyses of thermal stresses which have been constituted during the cooling process have been done for the different material couples. The results have been evaluated in terms of the maximum stresses and the residual stresses.