Influência do formato da infraestrutura e do protocolo de resfriamento na tensão térmica residual antes e após carregamento oclusal: análise por elementos finitos / Framework design and cooling protocols influence in residual thermal stresses before and after an occlusal load. Finite element analysis

RESUMO

OBJETIVO: Verificar, através da análise por elementos finitos, a influência do formato da infraestrutura e protocolo de resfriamento nas tensões térmica residuais (TTR) e nas tensões após carregamento oclusal de coroas com infraestrutura de zircônia YTZ-P. MÉTODOS: Foram construídos modelos 3D de coroa em segundo molar inferior com dois diferentes formatos de infraestrutura uniforme (IU) e anatômico (IA). Análise da transferência de calor foi conduzida com dois protocolos de resfriamento lento (RL) e rápido (RR). Os dados de temperatura foram utilizados na análise da tensão térmica, na qual foi considerada a mudança do coeficiente de contração térmico linear e do módulo de elasticidade da porcelana próximo a sua Tg. Sobre os modelos com tensões térmicas residuais foi simulado o carregamento oclusal 400 N distribuídos em 2 áreas de 1 mm2 nas cúspides vestibulares. Foram analisadas as distribuições das tensões máxima principal (1) e mínima principal (3) residuais (após resfriamento) e finais (após carregamento oclusal) na porcelana de cobertura. RESULTADOS: Os modelos com RL apresentaram maiores tensões de tração (1 positiva) e de compressão (3 negativa), além de amplas áreas com ausência de tração (1 negativa) na oclusal e na cervical. Nos modelos com RR as mesmas áreas eram isentas de compressão (3 positiva). Ao comparar as infraestruturas no RL, o modelo com IA apresentou maior área com ausência de tração, menor pico 1 (IA 27,6 MPa; IU 32,8 MPa) e maior pico de 3 (IA -61,2 MPa; IU -46,8 MPa). Com o carregamento oclusal, notou-se, de modo geral, um pequeno aumento das tensões de tração na face lingual e diminuição da tração na região cervical da face vestibular, para ambos os formatos de infraestrutura. CONCLUSÃO: A distribuição observada nos modelos resfriados rapidamente tende a oferecer menos proteção à propagação de trincas, pois na face oclusal foram geradas regiões sem compressão.

ABSTRACT

OBJECTIVE: To analyze, using a 3D finite element model, the residual thermal stress distribution and occlusal stress distribution in a veneered zirconia crown regarding the framework design and cooling protocol. METHODS: 3D models of second lower molar veneered zirconia crowns were built with two different core designs uniform (U) or anatomic (A). Heat transfer analyses were conducted with two cooling protocols slow (S) and fast (F). The output of temperatures was used to calculate thermal stresses. The non-linear increase in porcelain modulus and coefficient of thermal expansion close to its Tg was taken into account. An occlusal load (400 N in two 1 mm2 contact area at the buccal cusps) was applied in the pre-stressed model. The maximum (1) and minimum (3) principal stresses at the porcelain were analyzed. RESULTS: Slowly cooled models showed higher tensile (positive 1) and compressive stresses (negative 3). In addition, tension-free zones were shown in their occlusal and cervical regions, while compression-free zones were shown in the same regions of rapidly cooled models. Regarding the framework design, the anatomic model showed larger tension-free zones at the occlusal face, lower 1 peak (A 27.6 MPa; U 32.8 MPa) and higher 3 peak (A -61.2 MPa; U -46.8 MPa). After occlusal loading, the tensile stress values increased in the lingual face and decreased in the cervical of buccal face, but the general pattern of residual thermal stress distribution was maintained. CONCLUSION: The stress distribution of rapidly cooled models is less prone to protect the porcelain from crack propagation, because of the compression-free zones in the occlusal and cervical regions. The anatomic design in slowly cooled models showed stress distribution more favorable to prevent porcelain chipping.