INFLUENCE OF THE POSITION OF THE MANDIBLE\nON STRESSES AND DISPLACEMENTS WITHIN THE STRUCTURES\nOF THE TEMPOROMANDIBULAR JOINT

Abstract

A model of the temporomandibular joint (TMJ) was developed using the finite element method (FEM). The aim of the procedure is to identify reduced stresses and resultant displacements in the TMJ and to evaluate the transfer of contact loads for the three articulation states of the mandible that represent the activity of the joint. The study mapped the layered structure of the bio-bearing with different strength parameters of the tissues and synovial fluid. The model was loaded with the forces generated by the mandibular abduction muscles during chewing. Our method allowed for the assessment of the transfer of physiological loads within the temporomandibular joint. It enabled the functional analysis of the articular disc and articular surfaces when lubricating with the synovial fluid and showed compressive stimulation of bone structures. Under load transfer conditions, the maximum values of reduced stresses are located not in the immediate friction zone, but in the structures of the compact and spongy bone. Słowa kluczowe: staw skroniowo-żuchwowy, modelowanie, symulacje wytrzymałościowe. Streszczenie: Opracowano model stawu skroniowo-żuchwowego (SSŻ) z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES). Celem jest identyfikacja naprężeń zredukowanych i przemieszczeń wypadkowych w SSŻ oraz ocena przeniesienia obciążeń kontaktowych dla trzech stanów artykulacyjnych żuchwy, które są reprezentatywne dla czynności tego stawu. W badaniu odwzorowano warstwową budowę biołożyska o zróżnicowanych parametrach wytrzymałościowych tkanek oraz cieczy synowialnej. Model obciążono siłami generowanymi przez mięśnie odwodzące żuchwę w warunkach żucia pokarmów. Zaproponowana metoda pozwoliła na ocenę przeniesienia obciążeń fizjologicznych w stawie skroniowo-żuchwowym. Umożliwiła analizę funkcjonalną krążka stawowego i powierzchni stawowych w warunkach smarowania cieczą synowialną oraz wskazała na stymulację kompresyjną struktur kostnych. W warunkach przenoszenia obciążeń maksymalne wartości naprężeń zredukowanych zlokalizowane są nie w bezpośredniej strefie tarcia, ale w strukturach kości korowej i gąbczastej. * ORCID: 0000-0003-2469-6527. Jagiellonian University Medical College, Faculty of Medicine, Dental Institute, Department of Dental Prosthodontics, Montelupich 4 Street, 31-155 Cracow, Poland. ** AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Cracow, Poland. *** ORCID: 0000-0002-6024-458X. AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Cracow, Poland. **** ORCID: 0000-0002-9140-198X. Jagiellonian University Medical College, Faculty of Medicine, Dental Institute, Department of Dental Prosthodontics, Montelupich 4 Street, 31-155 Cracow, Poland. DOI: 10.5604/01.3001.0014.6956 28 ISSN 0208-7774 T R I B O L O G I A 5/2020