Análisis del proceso de fatiga en implantes dentales

Texto completo descargado desde TeseoEn esta tesis doctoral se desarrolla un procedimiento para estimar la vida a fatiga de sistemas de implantes dentales. Dicha metodología consiste en la aplicación, a dichos implantes, de varios modelos de predicción de vida a fatiga. El uso de estos modelos requiere del conocimiento de distintas propiedades mecánicas del material en que están fabricados los implantes, que han sido determinadas experimentalmente. Así mismo es necesario caracterizar el estado tensional en el implante cuando éste se encuentra sometido a unas determinadas condiciones de carga; esto se ha conseguido mediante la aplicación del método de los elementos finitos. Por otro lado, para poder evaluar el funcionamiento de esta metodología, se ha caracterizado experimentalmente el comportamiento a fatiga de los sistemas de implantes dentales. De esta forma se comparan los resultados obtenidos mediante la aplicación de los modelos de predicción de vida, con los obtenidos experimentalmente. La metodología seguida para la consecución de los objetivos planteados anteriormente se divide en dos líneas fundamentales, diferenciadas entre sí por el carácter de las mismas: teórico/numérico y experimental. La línea teórico/numérica consiste en el estudio y análisis de distintos modelos de predicción de vida a fatiga para identificar los requisitos necesarios para la aplicación de los mismos a los sistemas de implantes dentales. Así mismo se desarrollan distintos modelos de elementos finitos del implante que permiten obtener, entre otras magnitudes, la distribución de tensiones en dicho implante, así como la evolución del factor de intensidad de tensiones en el mismo cuando una grieta avanza a través de su espesor. Estas dos magnitudes son fundamentales para la aplicación de los modelos de predicción de vida a fatiga utilizados. La línea experimental consiste, por un lado, en la elaboración y ejecución de un plan de ensayos para obtener las propiedades elásticas, de fatiga y de fractura del titanio comercialmente puro de grado 4, que es el material en que están fabricados los implantes analizados. Por otro lado se desarrolla y aplica una metodología de ensayo para caracterizar el comportamiento a fatiga de sistemas de implantes dentales. Esta metodología estará fundamentada en la norma ISO 14801, que establece las condiciones que se habrán de cumplir para ensayar a fatiga implantes dentales y obtener la curva y el límite de fatiga de los mismos. Los resultados de vida a fatiga de los sistemas de implantes obtenidos experimentalmente son comparados con aquellos obtenidos mediante la aplicación de los modelos de predicción de vida. Dichos resultados muestran que alguno de los modelos de predicción de vida a fatiga aplicados reproduce con gran exactitud el comportamiento experimental observado de estos sistemas de implantes dentales

Comparison of two multiaxial fatigue models applied to dental implants

This paper presents two multiaxial fatigue life prediction models applied to a commercial dental implant. One model is called Variable Initiation Length Model and takes into account both the crack initiation and propagation phases. The second model combines the Theory of Critical Distance with a critical plane damage model to characterise the initiation and initial propagation of micro/meso cracks in the material. This paper discusses which material properties are necessary for the implementation of these models and how to obtain them in the laboratory from simple test specimens. It also describes the FE models developed for the stress/strain and stress intensity factor characterisation in the implant. The results of applying both life prediction models are compared with experimental results arising from the application of ISO-14801 standard to a commercial dental implant.Ministerio de Ciencia e Innovación DPI2011-2337

Comparative study of the fatigue strength of dental implast systems with preangled and straight connecting parts

Los implantes dentales deben pasar una certificación donde se determina su resistencia a fatiga según la norma internacional ISO 14801. En esta norma se puede distinguir entre implantes angulados y rectos. En algunos países se exige obtener esta curva de fatiga para el implante angulado aunque ya se haya obtenido para el mismo implante pero recto. En este trabajo se muestra tanto experimental como analíticamente que el angulado es más resistente que el recto. Además, también se muestra que solamente sería necesario ensayar de un tipo, o angulado o recto, y a partir de ahí obtener la curva correspondiente para el otro. Para ello se han ensayado implantes rectos y angulados para dos modelos de implantes, mostrándose las vidas obtenidas en función de una tensión equivalente. También se analiza el posible efecto sobre la vida a fatiga de la variación de distintos parámetros de la geometría del implante.Dental implants need to pass a certification where their fatigue strength is determined following the international standard ISO 14801. This standard distinguishes between straight and pre-angled connecting parts. In some countries, it is obligatory to obtain the fatigue curve for the pre-angled implant although it may have already been obtained for the straight one. This paper shows experimentally and analytically that the implant with pre-angled connecting part is more resistant that the straight implant. Furthermore, it is shown that only one type of implant, either straight or pre-angled, needs to be tested and from this result the fatigue curve of the other one can be inferred. For this purpose, various sets of implants, straight and pre-angled for two different designs, have been tested, showing the fatigue lives against an equivalent stress. Finally, the effect over fatigue life of different geometric parameters has been analysed.Ministerio de Ciencia e Innovación DPI2014-59160-

Condiciones de sujeción en el ensayo a fatiga de implantes dentales

En este artículo se estudia el sistema de fijación de implantes dentales empleado en los ensayos de fatiga realizados para su cualificación. Según la norma UNE-EN ISO 14801 se permiten varias opciones, por ejemplo embebidos en un soporte o mediante algún tipo de mordaza mecánica. Sin embargo, ensayos a fatiga muestran que la vida puede depender del tipo de fijación. En este artículo se quiere determinar la influencia de la sujeción del implante en el ensayo a fatiga tanto de forma experimental como teórica. Para el cálculo teórico se ha realizado un modelo de elementos finitos del implante y su sujeción con el que se puede simular el comportamiento a fatiga. Con este modelo se obtiene la distribución de tensiones necesaria para estimar la vida de iniciación y el factor de intensidad de tensiones para calcular la vida de propagación. Esto permite aplicar un modelo de estimación de la vida a fatiga combinando las fases de iniciación y propagación.This paper studies the fixture of dental implants used in fatigue tests for its qualification. The standard UNE-EN ISO 14801 allows for different options, for example embedded in a support or with mechanical grips. However, fatigue tests show that the fatigue life can depend on the type of fixation. This paper tries to determine the influence of the fixation mechanism on fatigue life experimentally and theoretically. For the theoretical calculus a finite element model has been developed to obtain the stresses used in the initiation phase and the stress intensity factor used in the propagation phase. This allows combining the initiation and propagation phases of the crack to estimate the total fatigue life.Ministerio de Ciencia e Innovación DPI-2011-2337

Plasma physics and control studies planned in JT-60SA for ITER and DEMO operations and risk mitigation

Lista completa de autores: Yoshida, M. ; Giruzzi, G.; Aiba, N.; Artaud, J. F.; Ayllon-Guerola, J.; Balbinot, L.; Beeke, O.; Belonohy, E.; Bettini, P.; Bin, W.; Bierwage, A.; Bolzonella, T.; Bonotto, M.; Boulbe, C.; Buermans, J.; Chernyshova, M.; Coda, S.; Coelho, R.; Davis, S.; Day, C.; De Tommasi, G.; Dibon, M.; Ejiri, A.; Falchetto, G.; Fassina, A.; Faugeras, B.; Figini, L.; Fukumoto, M.; Futatani, S.; Galazka, K.; García, J.; García-Muñoz, M.; Garzotti, L.; Giacomelli, L.; Giudicotti, L.; Hall, S.; Hayashi, N.; Hoa, C.; Honda, M.; Hoshino, K.; Iafrati, M.; Iantchenko, A.; Ide, S.; Iio, S.; Imazawa, R.; Inoue, S.; Isayama, A.; Joffrin, E.; Kamiya, K.; Ko, Y.; Kobayashi, M.; Kobayashi, T.; Kocsis, G.; Kovacsik, A.; Kurki-Suonio, T.; Lacroix, B.; Lang, P.; Lauber, P.; Louzguiti, A.; Luna, E. de la; Marchiori, G.; Mattei, M.; Matsuyama, A.; Mazzi, S.; Mele, A.; Michel, F.; Miyata, Y.; Morales, J.; Moreau, P.; Moro, A.; Nakano, T.; Nakata, M.; Narita, E.; Neu, R.; Nicollet, S.; Nocente, M.; Nowak, S.; Orsitto, F. P.; Ostuni, V.; Ohtani, Y.; Oyama, N.; Pasqualotto, R.; Pegourie, B.; Perelli, E.; Pigatto, L.; Piccinni, C.; Pironti, A.; Platania, P.; Ploeckl, B.; Ricci, D.; Roussel, P.; Rubino, G.; Sano, R.; Sarkimaki, K.; Shinohara, K.; Soare, S.; Sozzi, C.; Sumida, S.; Suzuki, T.; Suzuki, Y.; Szabolics, T.; Szepesi, T.; Takase, Y.; Takech, M.; Tamura, N.; Tanaka, K.; Tanaka, H.; Tardocchi, M.; Terakado, A.; Tojo, H.; Tokuzawa, T.; Torre, A.; Tsujii, N.; Tsutsui, H.; Ueda, Y.; Urano, H.; Valisa, M.; Vallar, M.; Vega, J.; Villone, F.; Wakatsuki, T.; Wauters, T.; Wischmeier, M.; Yamoto, S.; Zani, L.A large superconducting machine, JT-60SA has been constructed to provide major contributions to the ITER program and DEMO design. For the success of the ITER project and fusion reactor, understanding and development of plasma controllability in ITER and DEMO relevant higher beta regimes are essential. JT-60SA has focused the program on the plasma controllability for scenario development and risk mitigation in ITER as well as on investigating DEMO relevant regimes. This paper summarizes the high research priorities and strategy for the JT-60SA project. Recent works on simulation studies to prepare the plasma physics and control experiments are presented, such as plasma breakdown and equilibrium controls, hybrid and steady-state scenario development, and risk mitigation techniques. Contributions of JT-60SA to ITER and DEMO have been clarified through those studies.Comisión Europea - EURATOM 63305

Fatiga en implantes dentales

En este artículo se estudia el comportamiento ante la fatiga de implantes dentales de titanio comercialmente puro grado 4. Dichos implantes se ven sometidos a ciclos de carga y descarga durante la masticación, lo cual produce sobre el implante la acumulación de daño por fatiga y una posible rotura. En el trabajo se analizan la influencia de diversos factores: concentración de tensiones debido a la rosca externa y el tratamiento superficial. Para conseguir este objetivo se han diseñado una serie de ensayos a fatiga sobre geometrías sencillas (probetas lisas con y sin tratamiento superficial) y sobre implantes comerciales. Por otro lado, se han analizado las tensiones en el implante con ANSYS, a partir de ellas se ha obtenido el factor de intensidad de tensiones y se analizan las fases de iniciación y propagación. Finalmente se han comparado los resultados teóricos con los experimentales.This paper studies the fatigue behaviour of dental implants made of commercially pure Titanium grade 4. These implants are subjected to loading and unloading during mastication, which produces an accumulation of damage in the implant and possibly a failure. This work analyses the influence of different factors: stress concentration at the external thread and the surface treatment. This objective is achieved by designing a series of fatigue tests in simple geometries (smooth specimens with and without the surface treatment) and in commercial implants. On the other hand, the stresses in the implant have been modelled with ANSYS, from these stresses the stress intensity factor is calculated and the initiation and propagation phases are analyzed. Finally the theoretical and experimental results have been compared.Ministerio de Ciencia e Innovación DPI2011-2337

Advances in the physics studies for the JT-60SA tokamak exploitation and research plan

JT-60SA, the largest tokamak that will operate before ITER, has been designed and built jointly by Japan and Europe, and is due to start operation in 2020. Its main missions are to support ITER exploitation and to contribute to the demonstration fusion reactor machine and scenario design. Peculiar properties of JT-60SA are its capability to produce long-pulse, high-β, and highly shaped plasmas. The preparation of the JT-60SA Research Plan, plasma scenarios, and exploitation are producing physics results that are not only relevant to future JT-60SA experiments, but often constitute original contributions to plasma physics and fusion research. Results of this kind are presented in this paper, in particular in the areas of fast ion physics, highbeta plasma properties and control, and non-linear edge localised mode stability studies.EURATOM 63305

Physics research on the TCV tokamak facility: from conventional to alternative scenarios and beyond

The research program of the TCV tokamak ranges from conventional to advanced-tokamak scenarios and alternative divertor configurations, to exploratory plasmas driven by theoretical insight, exploiting the device’s unique shaping capabilities. Disruption avoidance by real-time locked mode prevention or unlocking with electron-cyclotron resonance heating (ECRH) was thoroughly documented, using magnetic and radiation triggers. Runaway generation with high-Z noble-gas injection and runaway dissipation by subsequent Ne or Ar injection were studied for model validation. The new 1 MW neutral beam injector has expanded the parameter range, now encompassing ELMy H-modes in an ITER-like shape and nearly noninductive H-mode discharges sustained by electron cyclotron and neutral beam current drive. In the H-mode, the pedestal pressure increases modestly with nitrogen seeding while fueling moves the density pedestal outwards, but the plasma stored energy is largely uncorrelated to either seeding or fueling. High fueling at high triangularity is key to accessing the attractive small edge-localized mode (type-II) regime. Turbulence is reduced in the core at negative triangularity, consistent with increased confinement and in accord with global gyrokinetic simulations. The geodesic acoustic mode, possibly coupled with avalanche events, has Nucl. Fusion 59 (2019) 112023 S. Coda et al 4 been linked with particle flow to the wall in diverted plasmas. Detachment, scrape-off layer transport, and turbulence were studied in L- and H-modes in both standard and alternative configurations (snowflake, super-X, and beyond). The detachment process is caused by power ‘starvation’ reducing the ionization source, with volume recombination playing only a minor role. Partial detachment in the H-mode is obtained with impurity seeding and has shown little dependence on flux expansion in standard single-null geometry. In the attached L-mode phase, increasing the outer connection length reduces the in–out heat-flow asymmetry. A doublet plasma, featuring an internal X-point, was achieved successfully, and a transport barrier was observed in the mantle just outside the internal separatrix. In the near future variable configuration baffles and possibly divertor pumping will be introduced to investigate the effect of divertor closure on exhaust and performance, and 3.5 MW ECRH and 1 MW neutral beam injection heating will be added.EURATOM 63305

A fast model to resolve the velocity-space of fast-ion losses detected in ASDEX Upgrade and MAST Upgrade

A forward model to resolve the fast-ion loss velocity-space on a fast-ion loss detector (FILD) probe head (FILDSIM) has been extended, making it possible to perform real-time analysis of the FILD data ("real-time FILDSIM"). Parametric pre-processing with FILDSIM enables real-time mapping of the raw FILD measurements to the velocity-space of the fast-ion distribution reaching the FILD probe, which depends on the local magnetic field at the probe head. Such parametric pre-processing facilitates the study of fast-ion losses in stages of the discharge other than the flat-top, such as the ramp-up phase when changes in the local magnetic field at the probe head cannot be neglected. Real-time FILDSIM has been applied to the existing and newly installed FILDs in ASDEX Upgrade and will be used for the forthcoming FILD in MAST-Upgrade. Due to the larger size of the MAST-U FILD probe, the approximation used in FILDSIM of a uniform magnetic field in the FILD region has been generalised to the case of a non-uniform field, with gyro-orbits calculated numerically in this field.Universidad de Sevilla PP2016-7145Comunidad Europea de Energía Atómica (EURATOM) 633305

Non-Linear 3D Hybrid Kinetic-MHD Simulations of Alfvén Eigenmodes in the ASDEX Upgrade Tokamak

EUROfusion Consortium 63305