Bacterial biofilm accumulation around dental implants is a significant problem leading to peri-implant diseases and implant failure. Cavitation occurring in the cooling water around ultrasonic scaler tips can be used as a novel solution to remove debris without any surface damage. However, current clinically available instruments provide insufficient cavitation around the activated tip surface. To solve this problem a critical understanding of the vibro-acoustic behaviour of the scaler tip and the associated cavitation dynamics is necessary. In this research, we carried out a numerical study for an ultrasound dental scaler with a curved shape tip vibrating in water, using ABAQUS based on the finite element method. We simulated the three-dimensional, nonlinear and transient interaction between the vibration and deformation of the scaler tip, the water flow around the scaler and the cavitation formation and dynamics. The numerical model was well validated with the experiments and there was excellent agreement for displacement at the free end of the scaler. A systematic parametric study has been carried out for the cavitation volume around the scaler tip in terms of the frequency, amplitude and power of the tip vibration. The numerical results indicate that the amount of cavitation around the scaler tip increases with the frequency and amplitude of the vibration. However, if the frequency is far from the natural frequency, the cavitation volume around the free end decreases due to reduced free end vibration amplitude.

中文翻译：

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超声洁牙机头在可压缩液体中振动产生的空化现象的数值研究。

牙种植体周围的细菌生物膜积聚是导致种植体周围疾病和种植体衰竭的重要问题。超声洁牙机尖端周围的冷却水中发生的气蚀现象可以用作一种新颖的解决方案，以去除碎屑而不会造成任何表面损坏。但是，当前临床上可用的器械在活化的尖端表面周围提供的气穴不足。为了解决这个问题，必须对洁牙机头的振动声行为及其相关的气蚀动力学有一个严格的了解。在这项研究中，我们使用基于有限元方法的ABAQUS对具有在水中振动的弯曲尖端的超声洁牙机进行了数值研究。我们模拟了洁牙机头的振动和变形之间的三维，非线性和瞬态相互作用，洁牙机周围的水流以及气蚀的形成和动力学。数值模型已通过实验很好地验证，并且在洁牙机自由端的位移具有极好的一致性。对于洁牙机尖端周围的气蚀量，已根据尖端振动的频率，幅度和功率进行了系统的参数研究。数值结果表明，洁牙机尖端周围的气穴现象随振动频率和振幅的增加而增加。但是，如果频率远离固有频率，则由于自由端的振动幅度减小，自由端周围的空化体积会减小。数值模型已通过实验很好地验证，并且在洁牙机自由端的位移具有极好的一致性。对于洁牙机尖端周围的气蚀量，已根据尖端振动的频率，幅度和功率进行了系统的参数研究。数值结果表明，洁牙机尖端周围的气穴现象随振动频率和振幅的增加而增加。但是，如果频率远离固有频率，则由于自由端的振动幅度减小，自由端周围的空化体积会减小。数值模型已通过实验很好地验证，并且在洁牙机自由端的位移具有极好的一致性。对于洁牙机尖端周围的气蚀量，已根据尖端振动的频率，幅度和功率进行了系统的参数研究。数值结果表明，洁牙机尖端周围的气穴现象随振动频率和振幅的增加而增加。但是，如果频率远离固有频率，则由于自由端的振动幅度减小，自由端周围的空化体积会减小。数值结果表明，洁牙机尖端周围的气穴现象随振动频率和振幅的增加而增加。但是，如果频率远离固有频率，则由于自由端振动幅度减小，自由端周围的空化体积会减小。数值结果表明，洁牙机尖端周围的气穴现象随振动频率和振幅的增加而增加。但是，如果频率远离固有频率，则由于自由端的振动幅度减小，自由端周围的空化体积会减小。