Von Mises stresses on Mushroom-loop archwires for incisor retraction: a numerical study

ABSTRACT Objective: To perform a numerical simulation using FEM to study the von Mises stresses on Mushroom archwires. Methods: Mushroom archwires made of titanium-molybdenum alloy with 0.017 x 0.025-in cross-section were used in this study. A YS of 1240 MPa and a Young's modulus of 69 GPa were adopted. The archwire was modeled in Autodesk Inventor software and its behavior was simulated using the finite element code Ansys Workbench (Swanson Analysis Systems, Houston, Pennsylvania, USA). A large displacement simulation was used for non-linear analysis. The archwires were deformed in their extremities with 0° and 45°, and activated by their vertical extremities separated at 4.0 or 5.0 mm. Results: Tensions revealed a maximum of 1158 MPa at the whole part of the loop at 5.0mm of activation, except in a very small area situated at the top of the loop, in which a maximum of 1324 Mpa was found. Conclusions: Mushroom loops are capable to produce tension levels in an elastic range and could be safely activated up to 5.0mm.

RESUMO Objetivo: Realizar uma simulação numérica, por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF), para obter as tensões de von Mises em arcos Mushroom. Métodos: Foram usados arcos com geometria Mushroom de titânio-molibdênio, com secção transversal 0,017" x 0,025". Adotou-se valores de tensão de escoamento (σesc) de 1.240 MPa e módulo de elasticidade (E) de 69 GPa. O arco foi modelado por meio do software Autodesk Inventor, e seu desempenho foi simulado utilizando-se o software de elementos finitos Ansys Workbench (Swanson Analysis System, Houston, Pennsylvania, EUA). Para a simulação, foi considerada a análise para grandes deslocamentos. O arco foi conformado em suas extremidades considerando-se planos de 0° e 45°, pré-ativado em 2,5mm e ativado por meio de suas extremidades verticais, separadas 4,0 mm ou 5,0 mm. Resultados: As tensões revelaram um valor máximo de 1.158 MPa na maior parte da alça, aos 5,0 mm de ativação, com exceção de uma área muito pequena, com valor de 1.324 MPa, situada no topo da alça. Conclusões: Os arcos Mushroom são capazes de produzir níveis de tensão situados dentro da região elástica e poderiam ser ativados com segurança até os 5,0 mm de ativação.

Caracterização química, metalúrgica e estudo das propriedades mecânicas dos fios ortodônticos de titânio-molibdênio TMA / Chemical, metallic characterization and study of the mechanical properties of the titanium-molibidenium orthodontic wire TMA

Essa pesquisa tem por objetivo a caracterização química, metalográfica e estudo das propriedades mecânicas de fios ortodônticos de titâniomolibdênio - TMA. As amostras foram submetidas a análise química e metalográfica, empregando-se microscopia eletrônica de varredura ­ MEV com espectroscopia por dispersão de energia de raios X ­ EDX e mapeamento elementar, determinando-se uma análise semi quantitativa e qualitativa dos elementos (Ti, Mo, Zr e Sn) presentes na amostra. Para se avaliar as propriedades mecânicas foram realizados ensaios de tração até a ruptura dos corpos-de-prova, análise da fratura e ensaios de dureza. Os resultados encontrados foram comparados com os dos fios de aço inoxidável, por serem considerados padrão para a Odontologia. Baseando-se na análise dos dados experimentais, constatou-se que as ligas de TMA em relação às ligas de aço, apresentam resiliência semelhante com maior flexibilidade devido a menor rigidez e baixo módulo de elasticidade. Finalmente, pode-se apresentar subsídios para a seleção de ligas metálicas adequadas as necessidades de cada fase do tratamento ortodôntico

The aim of this research is the chemical, metalographic characterization and study of the mechanical properties of the titanium-molibidenium orthodontic wire ­ TMA. The samples were submitted to chemical and metalographic analyses, using na eletronic scanning microscope (MEV) witth spectroscopy by X-ray energy dispersion (EDX) and elementar maping, determinating a semi-qualitative and quantitative analyses of the elements (Ti, Mo, Zr and Sn) present in the sample. To evaluate the mechanical properties it were performed tensile test till the rupture of the body samples frature analyses and hardness test. The found results were compared to the two still wire, because they were considered to be standard for dentistry. Based on the analyses of these experimental data we could observe that the TMA alloy is compared to the steel alloy, presenting similar resistence with higher flexibility due to lower hardness and low elasticity module. At last we were able to present subsides for the selection of the best metal alloy required to the necessity of each Orthodontic treatment phase