1.一种牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,针对无托槽透明矫治器硬膜牙胶片制作过程的成型机理进行建模及分析,其特征在于,首先对正畸矫治器成型设备及牙胶片进行三维建模及等效参数设计,然后根据牙胶片制作矫治器的成型机理,将其过程分为加热阶段重力作用下的自由热塑变形,具有边界约束的热塑性接触变形分析、真空吸附成型阶段的粘弹塑性吸附成型变形分析,成型稳定后牙胶片厚度变化分布云图分析共四个阶段分析过程;最后对于成型稳定后牙胶片的厚度变化量和成型效果能进行分析。
2.根据权利要求1所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,对于无托槽透明矫治器成型过程中所需成型装置及牙胶片进行等效三维建模及等效参数模型设计,包括对牙胶片、牙颌母模、成型装置的三维模型构建和参数化等效模型设计。
3.根据权利要求2所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述等效三维模型构建包括,三维牙颌母模的制备、成型装置的简化建模,对于等效三维模型所建立的模型质量状况、网格质量和空间约束给予参数化设定。
4.根据权利要求3所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述模型质量状况、网格质量的参数设定包括,结合沃罗诺伊划分法则,模型网格顶点均匀地放置到模型边界范围内,创建连续的高质量三角形网格,得到高质量模型;对三维等效网格模型的重新参数化和生成多分辨率模型。
5.根据权利要求3所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述牙胶片和母模之间的空间约束参数包括,牙颌母模与牙胶膜片模型空间坐标保证在同一轴线方向上,牙胶膜片模型位于牙颌母模中心上方一定参数距离。
6.根据权利要求1所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述加热阶段重力作用下的自由热塑变形包括,实际牙胶膜片在被施加热源条件后,在重力作用下产生的变形量可等效转换成均布载荷力施加于牙胶膜片模型表面,均布载荷力大小等同于牙胶膜片在被施加热源条件后自身质量所产生的重力。
7.根据权利要求1所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述具有边界约束的热塑性接触变形分析主要包括,在自由热塑性变形达到一定量后,牙胶膜片快速下落与牙颌母模相接触碰撞产生接触变形,在分析过程中通过等效变换法对于分析模型施加约束条件和载荷条件。
8.根据权利要求7所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述等效变换施加约束条件和载荷条件主要是指,对于牙胶膜片模型施加固定约束条件,对于牙颌母模施加位移载荷条件,约束条件与位移载荷大小等效变换后数值大小相同。
9.根据权利要求8所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述对于牙颌母模施加的位移载荷条件是以时间变化的非线性函数,在接触变形开始阶段,牙颌母模的移位具有一定的加速度变量属于非线性运动,在接触牙颌母模后,由于摩擦阻力因素,运动速度数值会降低。
10.根据权利要求9所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法内容,其特征在于,所述对于牙颌母模施加的位移载荷条件在实际生产中位移载荷变量具有瞬时性,故而对于位移载荷条件主要以线性运动为例。
11.根据权利要求7‑10所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,牙颌母模与牙胶片之间的接触变形主要由于牙胶片在被施加热源条件后牙胶片模型处于粘弹塑性状态,在此状态下牙胶膜片具有良好的可塑性,牙胶片模型于牙颌母模之间在接触后还产生有一定的摩擦力;两者接触状态采用动态检测,主要采用阀值接触检测方式,节点到面的接触分散化,提出一个一般的接触界面的离散化,允许大的切向滑动,模型之间穿透参数得到一定收敛。
12.根据权利要求1所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述真空吸附成型阶段的粘弹塑性吸附成型变形分析主要包括,牙胶片模型与牙颌母模模型初步形成热塑性接触变形,牙胶片模型与牙齿母模模型初步吸附贴合;在吸附阶段对于牙颌母模模型施加固定约束条件,对于牙胶片模型施加压强或均布载荷力条件。
13.根据权利要求11所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,在开始接触变形阶段,牙胶膜片处于标准大气压下,两侧压强相同;在吸附变形阶段,牙胶片模型一侧与底座完全接触处于气密封避状态并伴随着抽真空,随着抽真空的进行,牙胶片模型一侧压强小于外侧常规大气压强,在大气压强作用下,牙胶片模型吸附变形贴合至牙颌母模上。
14.根据权利要求11‑12所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述吸附成型变形阶段的压强或均布载荷力条件通过等效变换法,是以时间变化的非线性函数;在开始接触变形阶段,两侧大气压强相同,在分析开始阶段压强载荷大小等效为0数值;在吸附过程中,一侧处于真空状态下,此时的压强数值随着时间的变化从等效数值快速上升并逐步稳定在某一数值,呈现以时间变化的非线性函数。
15.根据权利要求14所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述吸附成型变形阶段的压强或均布载荷力在实际生产中压强载荷变量具有瞬时性,故而在本专利中对于压强载荷条件主要以线性函数变化为例。
16.根据权利要求6‑15所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述三个分析阶段过程中,牙胶片模型是在加热阶段重力作用下的自由热塑变形是具有加热的热粘塑变形模型,到具有边界约束的热塑性接触变形分析在接触初始阶段是粘弹塑性变形模型,再到真空吸附成型初始阶段的粘弹塑性变形模型,最后待温度降低、变形稳定后处于的弹性变形阶段。
17.根据权利要求6‑15所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述三个分析阶段过程中,分析过程模型网格参数使用自适应网格接触重划分技术,局部网格自适应重新参数化、自适应细分,提升局部网格质量,尽可能减少整体网格有限元体数量,提高效率,精确结果。
18.根据权利要求1所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,成型稳定后牙胶片厚度变化分布云图分析作为矫治器局部成型效果和力学性能的判断依据,该种方法可用于对所生成矫治器的厚度变化量和成型效果进行预测。
19.根据权利要求18所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,所述矫治器局部成型效果和力学性能的判断主要为判断牙胶片模型成型后不同牙位的颊侧、舌侧、咬合面方向上的厚度分布情况;厚度越小透明矫治器所能产生的实际矫治力越小,但在实际成型过程中受到非常大的成型力;通过判断牙胶片模型与牙颌母模的接触密合程度来判断吸附成型效果。
20.根据权利要求1‑19所述的牙胶片制作正畸矫治器过程的建模及有限元方法,其特征在于,用于对无托槽隐形矫治器制作过程的机理进行建模及分析,可用于对所生成矫治器的厚度变化量和成型效果进行预测。