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

• Published in: Dental press journal of orthodontics Vol. 25; no. 4; pp. 44 - 50
• Main Authors: Ferreira, Marcelo do Amaral, Rodrigues, Fábio Rodrigo Mandello, Luersen, Marco Antônio, Borges, Paulo César, Nanda, Ravindra, Almeida, Marcio Rodrigues de
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Maringa Dental Press International 01-08-2020; Dental Press Editora
• Subjects: Deformation; Dentistry; DENTISTRY, ORAL SURGERY & MEDICINE; Finite Element Method; Inventors; Mechanical properties; Molybdenum; Mushroom archwires; Orthodontics; Simulation; Stress analysis; Teeth; Titanium; Titanium-molybdenum alloys; Yield stress; Titanium-molybdenum alloys; Mushroom archwires; Arcos Mushroom; Método dos Elementos Finitos; Finite Element Method; Ligas de titânio-molibdênio
• ISSN: 2176-9451; 2177-6709; 2177-6709
• DOI: 10.1590/2177-6709.25.4.044-050.oar

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.