文|博弈观史
编辑|博弈观史
在过去的二十年中，接触性运动和极限运动的受欢迎程度呈指数级增长，尽管与这些运动相关的受伤风险增加，三分之一的面部损伤是由体育活动引起的，其中50%是口腔或牙科造成的。
减震能力可以广义地定义为传递到护齿下方表面的冲击能量或力的减少，对于落球研究，这通常是根据撞击器的回弹高度计算得出的，或者，将力传感器放置在护齿材料下方，并将已知的力施加到材料的顶部。
护齿材料具有很强的延展性，在常见的运动冲击下不会屈服，所以，护齿器研究通常侧重于冲击能量的相对减少，而不是特定的失效力，然而，重要的是要了解嵌入式电子设备可能产生的典型冲击引起的力范围。
护齿器，乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）由于其可成型性，易于操作和减震能力，是护齿器制造中最常用的材料，选择了14个透明的专业形状软EVA真空成型盘，以方便识别EVA下的故障组件，圆盘直径为120毫米，厚度为1.5毫米，真空成型工艺用于制造护齿器，并结合80-120°C范围内的加热温度.35将圆盘加热1.5分钟。
在此期间它们变得明显更加流动和粘稠，然后将它们压在模型上并施加真空，每个护齿器的成型间隔为10分钟，以便冷却EVA以实现一致的成型，28 测试了从 1.5 到 6 mm（预成型）的护齿器厚度。
嵌入式电子，护齿器可以配备各种不同的电子元件，具有不同的功能和物理规格，EVA材料充当电子设备和环境之间的物理屏障，集成电气元件的机械应力引起的故障在球齿护齿器碰撞的情况下尤为重要。
电子元件的结构故障通常意味着功能故障，在大多数情况下，影响发生的时间可能是最相关的测量期，因此，受冲击的电子元件的可靠性是一个重要的设计标准。
通孔 LED 是通过将小型电子组件灌封到固体化合物中来制造的，LED被选为冲击测试的代表性电气元件，因为该元件的材料特性相对均匀，几何形状简单，应用基础广泛，易于检测故障模式，选择了金亮生产的矩形LED，采用环氧树脂灌封化合物（尺寸：7毫米×5毫米×2毫米）。
组件的矩形形状确保了测试过程中方向的可重复性，矩形形状是电气组件经常出现的形状，由于LED透镜的半透明性质，可以很容易地观察到裂纹扩展，并使用一个简单的电路来衡量组件的性能/功能是否受到冲击的影响。
实验性 LED 嵌入条件，测试了七种不同的嵌入条件，其中EVA的厚度和LED位置相对于牙管的垂直偏移是不同的。
就LED相对于牙膏的垂直偏移而言，测试了模型A的0和3.5 mm悬垂，LED放置在门牙的中央，在模型B上没有偏移，因为这是运动相关牙齿创伤的最常见位置，就 EVA 厚度而言，对于型号 A 和 B，LED 两侧的厚度分别为 3.4 和 7 mm，选择这些厚度是因为它们是护齿器制造中常用的厚度。
牙齿表面一致性研究，通过将 LED 组件放置在与牙膏模型垂直偏移 3.5 mm 处来测试不均匀表面一致性的影响，这种偏移放置旨在捕捉智能护齿器内最坏情况组件放置的影响。
因为预计这种悬臂区域会出现高应力集中，放置在牙科模型 A 中央的 LED代表了最平坦的表面，并且如前所述，在冲击测试中保持“完整”，安装在具有最极端一致性的表面上的 LED 在最低 F 下失效失败不出所料。
模型 B 提供了更真实的表面一致性表示，在这种配置下，LED 已被证明可以承受更高的实验 F失败，与最极端的情况相比，它们也表现出更复杂的骨折模式。
而且，模型B上的薄EVA保护并没有改善LED组件的结果，而先前显示的薄EVA保护可以改善F，失败适用于安装在 A 型上具有最极端一致性的表面上的 LED。
这里使用有限元模型来测试表面一致性对 LED 在冲击下的应力集中的影响，测试了两种条件：（i） 安装在 EVA 外壳上的 LED，总厚度为 1.5 毫米，由 B 型模制而成，以及 （ii） 安装在 EVA 块上的 LED，其平整表面由 B 型模制而成。
对于EVA外壳的情况，在LED和EVA界面处观察到由撞击引起的最大主应力为145 MPa，在0.57 ms处，对于EVA块的情况，在LED-EVA接口右下角119.5 ms处观察到由撞击引起的最大主应力为0.38 MPa。
与在块上形成的条件相比，安装在EVA外壳上的LED的应力集中更加局部，这是因为壳体提供的接触面积比块EVA提供的接触面积小得多，因此会产生压力点并产生明显更大的应力。
- 安装在总厚度为1.5毫米的EVA外壳上的LED的冲击模拟，0.57 ms变形配置中LED的主应力分布，在LED和EVA的界面处观察到的最大主应力为145 MPa。（b）安装在最小厚度为1.5毫米的EVA块上的LED的冲击模拟，0.38 ms变形配置中LED的主应力分布，最大主应力为 119.5 MPa，位于 LED-EVA 接口的右下角。
护齿器厚度，护齿器的厚度是关键，因为减震能力直接取决于护齿材料的厚度，根据运动牙科学院的说法，“正确安装的护齿器”应“覆盖和保护牙弓中的牙齿和周围组织”，并且“咬合和唇部区域至少有 3 毫米的厚度”。
EVA护齿材料的最佳厚度约为4毫米，其中厚度的进一步增加略微改善了减震性，但这也降低了用户舒适度，增加了言语限制和对呼吸效率的干扰，保护研究的结果表明，两层3毫米EVA片充分保护了LED的照明，预成型厚度可达6毫米，成型后平均厚度为3.12毫米，通过添加嵌入式电子设备，这可能会导致后成型后的护齿器厚度在 5 到 6 毫米之间。
虽然这种厚度可以确保LED的功能（所有完整的LED都经过电气测试，并验证其功能），但它可能会损害佩戴者的舒适度，进一步测试了将一层EVA放置在LED前面或后面的测试，这些结果包含在补充材料中，因为在考虑EVA厚度和组件位置的设计优化时，这可能会引起人们的兴趣。
需要注意的是，对于冲击等级较低且电气设计更复杂的电气组件（例如加速度计和陀螺仪）的操作故障，不能直接推断这一发现，加速度计和陀螺仪中典型的电子封装材料的实验报告显示，杨氏模量高于本研究中使用的灌封树脂。
因此，就包装的机械完整性而言，可以假设此类部件将具有更高的失效力，围绕此类传感器组件的研究主要集中在信号灵敏度上，因为此类传感器中的精密机械组件对振动噪声非常敏感。
就此类传感器在现场场景中的实际降噪而言，可能需要严格的信号处理和人工智能，电力系统的保护也是智能护齿器发展的主要关注点，EVA是一种绝缘体，重要的是要注意，即使LED组件发生故障，EVA层也不会刺穿。
最近使用镁电极锂电池的创新显示出即使在损坏时也能提供安全性和操作稳定性的前景，37因此可以设计出能够承受口腔中高水平冲击的安全电路。
从一致性研究中，值得一提的是，通过实验将EVA厚度增加到1.5毫米并没有改变模型B上LED的结果，这可能是由于两个因素，首先，安装LED的表面的一致性以及EVA后成型的变薄意味着它不能为LED提供足够的保护，现在将进一步详细讨论每个因素。
定制的护齿器通过真空成型或压力成型制成，真空成型工艺在工业中更常用，因为它易于制造和降低成本，表面一致性计算研究结果表明，当电气元件放置在表面一致性与真实牙齿几何形状相似的表面上时，更容易损坏。
而牙齿几何形状上的平整EVA层可以减少组件内应力集中的发生，基于这项研究的结果，压力成型制造工艺可能有利于未来的智能护齿器设计。
据广泛报道，EVA习惯于在制造过程中变薄，特别是在切口和尖点区域，这些区域的影响最为常见，有两种机制有助于这种效果：通过加热材料（下垂）来变薄，以及通过将材料拉伸到尖点和切口边缘来变薄。
在一项进一步的研究中使用了31个卡尺来测量每个护齿器形成后的唇部厚度，并且在电子元件上形成的护齿器（0%）和在没有电子元件的情况下形成的护齿器（001%）之间观察到变薄程度的统计学显着差异（t检验，p < 48.33）。
EVA片的这种额外拉伸很可能源于片材卡在LED的锋利边缘上，因为它被覆盖在牙膏上，因此对LED组件提供很少或根本没有保护，就像条件3和6一样。
冲击能量，最后，重要的是要注意，该测试台产生的最大冲击能量约为 9.3 J，其中曲棍球的典型冲击能量可以近似为 31.8 J（假设驱动速度为 20/ms，球质量为 159 g）。
我们提供的结果应仅用于考虑较低的速度影响，可以在具有高冲击能量的测试台上完成进一步的测试，以评估未来为曲棍球设计的智能护齿器所需的保护水平，本研究中使用的冲击能量对于许多使用护齿器的接触性运动来说将处于极端。
对体育参与的福祉的关注至关重要，因为越来越多的人依靠体育活动来保持自己的身体健康，安全的体育参与减少了人们一生中对医疗和社会干预的需求，英格兰曲棍球强烈鼓励在成人赛程中使用护齿器，并要求在青少年赛程中使用护齿器，研究表明。
自2000年以来，84.5%的球员经常佩戴护齿器，而在31年之前只有4.2000%的人戴护齿器，30 为了拥有一个适合运动的安全且功能齐全的智能护齿器，确保各个部件的结构安全以及它们之间的连接非常重要，这项研究表明，可以安全地将组件添加到护齿器中，以提高这种广泛使用的安全设备的实用性。
这项研究表明，组件可以安全地添加到战略位置的护齿器中，例如门牙的前部，此外，这里使用的详细方法可以适用于评估其他特定的负载情况，例如咀嚼引起的疲劳，进一步的研究可以评估特定的设计，以进一步增加体内可穿戴设备的采用。
