Mechanical behavior of anterior fixed partial dentures made of different materials subjected to static and dynamic loads

Abstract

ABSTRACT: The purpose of this study was to assess the mechanical behavior of lithium disilicate, alumina, and zirconia-based ceramic restorations, as well as metal-ceramic restorations, under static and dynamic load, in an upper anterior fixed site. Methods: four models of fixed partial dentures (FPD) were designed, representing alumina, zirconia, and metal-ceramic two-layered systems and a lithium disilicate monolithic system, with a 9 mm2 connector. The variables included were elastic modulus, Poisson’s ratio, and ultimate tensile strength. A static load of 100 N was applied up to 800 N, as well as a dynamic load of 100 and 200 N, calculating von Mises stress and maximum and minimum principal stresses. Results: all models showed a greater concentration of stress under static and dynamic load on the connector region, without exceeding the maximum tensile stress of metal and ceramic structures. The two-layered models showed greater stress concentration on the veneering ceramic compared with the structure. Conclusions: all stresses concentrated on the connector region, producing failure risk at this point of the structures. The veneering ceramic has a greater probability of failure in all two-layered models. The disilicate model can be considered as an alternative for clinical use. The metal-ceramic dentures showed the best distribution on the connector compared to all other models, confirming that they are the gold standard. Keywords: dental prostheses, crowns, ceramics, finite element analysis.

RESUMEN: El propósito de esta investigación consistió en conocer el comportamiento mecánico bajo carga estática y dinámica de las restauraciones cerámicas de alúmina, circonia y disilicato de litio, así como de las restauraciones metal-cerámicas, en un tramo fijo anterior superior. Métodos: se modelaron cuatro tramos en prótesis parcial fija (PPF), representando sistemas de dos capas para alúmina, circonia y metal-cerámica, y sistema monolítico para disilicato de litio, con un conector de 9 mm2. Las variables incluidas fueron el módulo de elasticidad, la razón de Poisson y el último esfuerzo tensil. Se aplicó una carga estática de 100 hasta 800 N y una carga dinámica de 100 y 200 N. Se calcularon los esfuerzos de von Mises, máximo y mínimo principal. Resultados: todos los modelos presentaron mayor concentración de esfuerzos bajo carga estática y dinámica en el área de los conectores, sin sobrepasar el esfuerzo máximo tensil de las estructuras cerámicas y metálica. Se observó que los modelos de dos capas mostraron mayor concentración de esfuerzos en la cerámica de revestimiento, en comparación con la estructura. Conclusiones: todos los esfuerzos se concentraron en el área del conector, generando un riesgo de falla en las estructuras en este punto. La cerámica de revestimiento presenta mayor probabilidad de falla en todos los modelos de dos capas. El modelo de disilicato permite ser considerado como una alternativa de uso en la clínica. Las prótesis metal-cerámicas presentan la mejor distribución en el conector, a diferencia de los otros modelos, lo que confirma que son el material de referencia. Palabras clave: prótesis dental, coronas, cerámicas, análisis de elementos finitos.