图学学报

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2020年第4期目次

2020, 41(4): 0.

摘要 ( 78 )

PDF(194KB) ( 111 )

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自然语言处理技术在建筑工程中的应用研究综述

王煜1，邓晖1，李晓瑶1，邓逸川1,2

2020, 41(4): 501-511. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040501

摘要 ( 231 )

PDF(463KB) ( 204 )

自然语言处理(NLP)可以将建设领域非结构化文档转化为结构化信息，方便相关从
业人员对建设项目进行高效的日常管理。近年来，NLP 相关算法得到了广泛的发展，但NLP
技术在建设领域中的研究还处于初级阶段。通过调研近十年关于NLP 在建筑工程的相关文献，
对国内外技术与应用层面的研究进行了梳理。介绍了NLP 的技术发展、常用方法及相关开源工
具实现的功能；并重点从统计分析工具、应用系统和其他3 方面对NLP 在建筑领域各阶段的应
用进行总结。此外，对建设领域NLP 应用存在的问题进行了讨论，总结原因并从技术、建筑业
和政府3 个方面提出了未来展望。

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基于三角函数迭代的视频数据特征提取

于万波，范晴涛

2020, 41(4): 512-519. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040512

摘要 ( 187 )

PDF(3142KB) ( 208 )

在计算机视觉研究中，基于视频数据进行图像对象识别逐渐增多。针对视频数据
的特征提取，提出了一种基于三角函数迭代提取视频三维迭代轨迹特征的方法。该方法是考虑
视频数据的时间空间维度，利用三角函数构造三维动力系统，整体一次性进行视频段数据特征
的抽取，提取出一种近似混沌吸引子的三维特征点集，这种视频数据迭代特征实际上是迭代轨
迹点集合。以VidTIMIT 数据集进行人脸识别实验，发现增加初始迭代值的个数，减少迭代次
数后，提取出的特征点集合具有更好的效果。当VidTIMIT 的43 组559 个视频全部参与实验，
识别率达到88.16%，与现有文献中记载的其他方法相比，具有识别率高、计算时间少的特点,
初步证实了该三维视频迭代轨迹特征具有实用性，同时也值得进一步研究验证与分析。

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极端低光情况下的图像增强方法

杨勇，刘惠义

2020, 41(4): 520-528. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040520

摘要 ( 126 )

PDF(5087KB) ( 172 )

针对极端低光情况下的图像增强问题，提出一种基于编码解码网络和残差网络的
端到端的全卷积网络模型。设计一个包括编码解码网络和精细网络2 部分的端到端的全卷积网
络模型作为转换网络，直接处理短曝光图像的光传感器数据得到RGB 格式的输出图像。该网
络包含对抗思想、残差结构和感知损失，先通过对极低光图像编码解码重构图像的低频信息，
之后将重构的低频信息输入残差网络中进而重构出图像的高频信息。在SID 数据集上进行实验
验证，结果表明，该方法有效地提高了极端低光情况下拍摄得到的图像进行低光增强之后的视
觉效果，增加了细节表达，使得图像中物体的纹理更加清楚和边缘更加分明。

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一种基于先验图像的锥束CT 金属伪影校正算法

刘仰川1，高鹏1,2，朱叶晨1，高欣1

2020, 41(4): 529-538. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040529

摘要 ( 218 )

PDF(1342KB) ( 161 )

为了有效抑制锥束CT(CBCT)重建中金属植入物引入的伪影，提出一种基于先验
图像的金属伪影校正算法。首先对含金属伪影的重建图像进行双边滤波、金属阈值分割、组织
聚类等预处理，获得金属图像和不含金属信息的先验图像；再对二者正向投影，获得金属投影
区域和先验投影数据；而后利用先验投影数据及金属边界邻域的投影数据对金属投影区域插值，
获得修复的投影数据；最后利用FDK 算法对修复的投影数据重建，并将其与金属图像融合，获
得最终的校正图像。为了验证该算法的性能，利用三维Shepp-Logan 头部模型数据和临床头部
CT 数据开展金属伪影校正实验，结果表明：与常用的线性插值算法和图像修补算法相比，该算
法的校正图像均方根误差最小、峰值信噪比最大。这说明该算法在有效保留图像边缘信息的同
时，可有效地抑制金属伪影。

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基于姿态引导的场景保留人物视频生成

李桂，李腾

2020, 41(4): 539-547. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040539

摘要 ( 127 )

PDF(6387KB) ( 162 )

人物视频生成技术是通过学习人体结构与运动的特征表示，实现从特征表示到
人物视频帧的空间生成映射。针对现有的人物视频生成算法未考虑背景环境转换及人体姿态
估计精度较低等问题，提出一种基于姿态引导的场景保留人物视频生成算法(PSPVG)。首先，
取合适的源视频和目标视频，利用分割人物外观的视频帧代替源视频帧作为网络的输入；然
后，基于GAN 的运动转换模型将源视频中的人物替换成目标人物，并保持动作一致性；最后，
引用泊松图像编辑将人物外观与源背景融合，去除边界异常像素，实现将人物自然地融入源
场景且避免改变画面背景环境和整体风格。该算法使用分割出的前景人物图代替源视频帧中
的人物，减少背景干扰，提高姿态估计精度，自然地实现运动转移过程中源场景的保留，生
成艺术性与真实性和谐并存的人物视频。

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基于改进ORB 算法的图像特征点提取与匹配方法

杨弘凡，李航，陈凯阳，李嘉琪，王晓菲

2020, 41(4): 548-555. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040548

摘要 ( 316 )

PDF(3889KB) ( 194 )

针对传统ORB 算法阈值选取固定，存在误提取、误匹配，无法满足不同图像特征
点的准确提取和匹配的问题，提出了一种改进的ORB 特征点提取与匹配方法。首先设定局部
自适应阈值；然后通过像素分类，设计自适应阈值选取准则，达到ORB 特征点的精准提取；
最后在改进ORB 特征点基础上通过PROSAC 算法完成对特征点的匹配。实验结果表明，改进
后的方法对亮度变化具有较强的适应能力，计算速度和提取精度得到了提升。匹配总时间降低，
误匹配点对数量较少，正确匹配率较高，具有良好的准确性和实时性。利用匹配阶段得到的特
征点进行跟踪时得到的RMSE 误差较小，表明匹配精度得到了较大提升。和其他方法相比，具
有更好的环境适应能力和应用价值。

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隐形矫治方案中的牙齿运动路径规划方法研究

李占利，刘童鑫，李洪安，孙志浩

2020, 41(4): 556-566. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040556

摘要 ( 89 )

PDF(6624KB) ( 88 )

针对隐形矫治方案制定过程中传统牙齿运动路径规划方法准确度及效率低下问题，
根据牙颌评价参数提出新的目标函数，再以传统的人工蜂群算法(ABC)为基础，通过外部存储
存放Pareto 解集，然后以改进的Harmonic 距离对Pareto 解集进行更新，从而提高种群的多样
性。随后通过Slerp 球面线性插值以及线性插值获取牙齿运动路径初始值，与人工蜂群算法中
的初始食物源生成方式相结合，生成更好的食物源。通过改进后的人工蜂群算法采用优先级方
案对新目标函数进行优化，得到牙齿的无碰撞运动路径。通过验证本文方法的矫治方案效果，
并与传统目标函数进行比较，结果表明目标函数可以生成更符合临床治疗要求的矫治方案，改
进ABC 算法相比基本ABC 能够获得更优的路径，缩短了矫治阶段数，具有实用价值。

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基于3D-Harris 与FPFH 改进的3D-NDT 配准算法

范强1，刘鹏1，杨俊2，周沛希1

2020, 41(4): 567-575. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040567

摘要 ( 292 )

PDF(3490KB) ( 164 )

针对传统点云配准三维正态分布变换(3D-NDT)、迭代最近点(ICP)算法在未给定初
始配准估计的情况下配准效果不佳、配准时间长、误差较大的缺陷，提出了精准且相对高效的
点云匹配算法。首先，运用3D-Harris 算法识别每一幅点云的关键点，并以此为基本点建立局
部参考框架，计算快速点特征直方图(FPFH)描述子；之后，使用最小中值法(LMeds)中的对应
估计算法排除不准确的点对应关系，得到含有对应三维特征关系的特征点对。计算粗配准所需
的变换矩阵，完成初步匹配。随后，根据3D-NDT 算法将点云数据空间体素化，运用概率分布
函数完成最终的点云进行精确地匹配。使用改进配准将3 组分别从网络下载的较少噪声、大规
模与Kinect V2.0 采集的较多噪声、大规模的2 组重叠度不同的点云数据匹配到同一个空间参考
框架中，并通过精度分析对比经典3D-NDT，ICP 等算法。实验结果证明，该算法在迭代次数
较低时，可使室内场景点云数据完成精度较高的配准且受噪声影响较小，但如何将算法的复杂
度适当降低，缩短配准时间需要更进一步的研究。

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Bézier 曲线的多项式重新参数化检测

沈莞蔷, 王宏凯

2020, 41(4): 576-582. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040576

摘要 ( 63 )

PDF(439KB) ( 91 )

研究了一种用于精确检测一条Bézier 曲线的次数是否可以通过多项式重新参数化
降低的算法。该算法对任意一条Bézier 曲线，将重新参数化前后的基函数的关系用方程组的形
式表达，但不需要解方程，而是通过系数表示的金字塔算法直接计算，可以精确求出用于重新
参数化的多项式和降低次数后的Bézier 曲线的控制顶点，并且该重新参数化的多项式在相差一
个线性变换的前提下是唯一的。通过实例应用，该算法运算速度较之前的算法快。

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基于有向无环图的立交结构构建方法

王宇昆1,2，曹力 1,2，赵洋 1,2，李琳 1,2

2020, 41(4): 583-592. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040583

摘要 ( 88 )

PDF(1800KB) ( 77 )

道路信息是数字城市中的重要元素，道路网中的立交结构建模对于城市交通三维
仿真、交通优化、城市规划等诸多领域均有重要意义。当前已有大量针对城市道路网建模技术
的研究工作，但对立交结构的处理尚未有针对性的表达方法。通过对立交结构的观察分析，提
出一种基于有向无环图的立交结构构建方法，期望达到高效、高质量建模的目的。首先对二维
栅格数据进行预处理，提取有效道路信息；其次依据提取的信息构建有向无环图(DAG)，用于
表达立交结构拓扑关系；再次基于提出的立交桥道路高度自动估算方法，利用DAG 结合道路
的结构特性、功能特性及相关先验知识，计算得到道路控制点的高度；最终依据计算得到的道
路高度和拓扑信息进行立交结构三维模型构建。实验选取了华东地区3 个典型立交结构进行测
试，结果证明该方法在数据获取、计算正确率方面有一定优势，有助于简化立交结构建模流程。

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熔融沉积制造表面粗糙度参数显著性及预测模型研究

潘丽娟，商正，贾桂红，储开宇，王进峰

2020, 41(4): 593-598. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040593

摘要 ( 108 )

PDF(2445KB) ( 62 )

为了确定影响熔融沉积制造(FDM)打印件表面粗糙度的显著性因素，设计了基于
温度、打印速度和层厚的9 组正交实验。通过探针式粗糙度仪测量打印件表面粗糙度，并进行
了信噪比计算和波动分析，确定了影响表面粗糙度的显著性因素。利用田口法、多元回归方程
和指数方程对表面粗糙度进行预测，确定FDM 打印件最小表面粗糙度的参数组合。分析结果
表明：层厚对于表面粗糙度的影响程度最大，温度次之，打印速度最小；为了验证其有效性和
适用性，针对不同打印模型和FDM 打印机进行了验证性实验。实验结果表明：在预测模型方
面，多元回归方程的预测结果优于指数方程和田口法。并且，上述结论对不同打印模型和FDM
打印机具有较为宽泛的适用性。

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数字化设计与制造三维MBD 模型尺寸完备性检查及分析技术研究

张胜文1,2，尤炎炎 1，李滨城 1,2，程德俊 1,2

2020, 41(4): 599-605. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040599

摘要 ( 90 )

PDF(595KB) ( 75 )

针对三维基于模型的定义(MBD)技术存在的结构复杂、尺寸标注易出错、人工检
查难度大等问题，提出了一种尺寸标注完备性检查及尺寸链分析技术。将空间标注尺寸转换成
一系列的矩阵结构，从三维层面上保证模型中尺寸标注的完备性，并在此基础上分析计算尺寸
链中各成员尺寸，验证设计尺寸的合理性。运用矩阵的数学形式表达、存储三维MBD 模型上
的标注尺寸，通过尺寸标注节点位置与数量关系判断尺寸冗余与缺失情况，并从模型上提取待
判定尺寸链进行分析与校核，保证产品制造信息(PMI)传递的准确性并输出检查报告。以某型号
船用柴油机的连杆为对象验证了该方法的可行性，极大降低了检查时间和设计错误率，提高了
工作人员的设计效率。

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基于神经风格迁移网络的民族图案创新方法

侯宇康，吕健，刘翔，胡涛，赵泽宇

2020, 41(4): 606-613. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040606

摘要 ( 125 )

PDF(11873KB) ( 102 )

针对传统民族图案符号手工提取效率低，图案组合创新设计困难的问题，以苗族
传统的蜡染和挑花图案创新设计为例提出传统民族图案风格创新模型。该模型将改进型的形状
文法与基于深度学习的神经风格迁移网络相结合，提取并编码民族图案构型框架，通过形状文
法生成大量民族图案构型框架图案，使用风格迁移网络快速提取民族图案中的底层特征，在框
架基础上迁移生成创新民族图案设计方案。实验结果表明，该模型可以在指定框架的基础上生
成全新的民族纹饰图案，相对于直接使用神经网络对空白图像进行风格迁移生成的图案更加有
序。生成图案最终应用于苗族织物图案设计中，验证了该方法和设计流程的可行性。

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BIM 正向设计存在的问题和思考

陶桂林1，马文玉 1，唐克强 2，杜奕呈 3

2020, 41(4): 614-623. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040614

摘要 ( 242 )

PDF(1327KB) ( 262 )

BIM 正向设计能够减少部分建模环节、降低劳动和信息交换成本，其优点得到业
界的广泛认同。随着国内BIM 技术的不断推广，现有的BIM 咨询模式已不能满足快速发展的
应用需求，正向设计在实际应用过程中也遇到了很多困难。通过工程经验和文献调研总结了正
向设计存在的问题，如：①缺乏与之适应的标准；②国内环境的制约；③技术链和产业链不够
成熟等，并对上述问题进行了思考与分析，得出以下结论：以出图为导向的正向设计是BIM 技
术应用的过渡性策略，需补充相适应的标准体系、加大国内BIM 软件和云平台体系的开发力度、
促进设计与施工管理一体化。正向设计的推广不仅需要有力的技术支持，更需要管理模式的不
断创新，为BIM 技术的应用和发展提供保障。

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BIM 模型相似度计算方法

王佳1,2，苏鼎丁1，周小平1,2，陆一昕3

2020, 41(4): 624-631. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040624

摘要 ( 257 )

PDF(2544KB) ( 123 )

针对从业者不论是想从本地模型库还是线上共享网站获取所需的BIM 模型只能靠
逐个查找、人工识读的方法，而模型的数量越来越多，获取符合需求的模型需要花费大量的时
间和人力的问题，提出了一种构件级BIM 模型相似度计算方法。从模型的构件出发，以BIM
通用交互格式工业基础类(IFC)文件作数据源，以通用数据标准IFC 2×3 为数据基础，首先提取
模型中构件的几何信息、语义信息等，并利用改进的方向包围盒(OBB)碰撞检测算法查找相连
构件；然后以构件为顶点、构件间连接关系为边将BIM 模型构建为邻接图模型，并用图编辑距
离算法计算邻接图模型的编辑距离；最后即可计算出不同模型之间的相似度。该方法以构件级
BIM 模型的相似度为依据可以大大提升BIM 模型的检索速度与准确率。

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基于序关系熵权的文化特征提取方法

尚忠安，陈香

2020, 41(4): 632-639. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040632

摘要 ( 81 )

PDF(2075KB) ( 91 )

基于博物馆的文创产品开发过程中缺乏客观、快捷地对设计要素进行评估和提取
的方法，提出针对馆藏文物基于序关系熵权法的文化特征提取及应用的设计方法。首先，选取
馆藏文物对其显性、隐性特征进行拆解，并建立文化特征释义表；同时，分析用户并收集有关
用户体验的感性词对，进行聚类分析。其次，将感性词对和显性特征可拓展性与辨识度因素作
为评估的指标，运用序关系法进行权重分析与综合评估，求得各类型下的文化特征优度排序；
在此基础上运用熵权法计算出代表性的显性特征并作为关键特征。最后，以关键特征和特征优
度为依据，通过元素的交叉、重组、隐喻，产生最终优选的设计方案。通过儿童智能点读笔设
计实例，证明该方法在博物馆文创产品开发阶段将会提高文化特征提取的效率及设计上的合理
性，为博物馆文创开发提供了一种参考方法。

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基于扎根理论的商业综合体导识系统满意度影响因素研究

胡珊1，刘晶1，孙恩妹1，王能1，罗亦鸣2

2020, 41(4): 640-648. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040640

摘要 ( 89 )

PDF(800KB) ( 64 )

导识系统是在用户缺乏方向感时，向用户传递信息，指引用户的重要手段，同时
也是展现城市文化的有效途径。一套优秀的导识系统能快速便捷地引导用户到达目的地，如何
改善导识系统以便更好地服务于用户对提高导识系统服务质量、提升用户满意度具有重要意义。
针对35 名用户进行半结构化访谈，在收集大量访谈资料的基础上，利用质性研究方法扎根理论
对访谈资料进行分析和归纳，提炼出用户对于商业综合体导识系统满意度的影响因素。最终归
纳出5 个主范畴，即可读性、可达性、安全性、交互性和友好性，以此为依据建构影响因素与
作用路径理论模型，进一步运用结构方程模型对其进行验证分析，验证了该模型的合理性和科
学性。研究结果对提高用户对导识系统的满意度具有积极的实践价值，帮助设计人员从用户视
角深化导识系统服务的未来构建方向，并为地产运营商在资源组织和服务更新上提出一定借鉴。

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融合用户满意度的产品需求配置方法研究

张迪婧，侯增选，黄磊，赵有航

2020, 41(4): 649-657. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040649

摘要 ( 82 )

PDF(460KB) ( 82 )

为合理地确定用户需求偏好及其优先程度以适应大规模定制生产模式，最大限度
提升用户满意度，提出一种改进的产品用户需求配置方法。将模糊聚类分析方法融入Kano 模
型中对用户需求进行归属分类，根据用户需求对满意度提升的贡献程度进行筛选，计算需求
满意度及重要度评价因子，建立产品用户需求递阶层次结构模型。在模糊层次分析法(FAHP)
中通过采用模糊最优最劣法(FBWM)构造一致性三角模糊数互补判断矩阵，引入可能度概念实
现去模糊化，得到用户需求初始权重，并将需求评价因子作为初始权重的修正因子，将修正
后的权重进行归一化处理，得到用户需求综合权重，以此为依据实现产品需求配置。以某企
业眼镜产品设计开发为例，验证了该方法的有效性，为眼镜及其他产品设计开发提供了用户
需求配置策略。

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智能家居场景中会话智能体主动交互设计研究

王尔卓1，袁翔1，李士岩2

2020, 41(4): 658-666. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040658

摘要 ( 166 )

PDF(1237KB) ( 181 )

针对智能家居场景中会话智能体的主动交互设计策略，从决策权与沟通方式出发
对主动性的特征进行讨论，并在此基础上构建4 种主动风格(直率的建议者、直率的决策者、委
婉的建议者、委婉的决策者)。通过“绿野仙踪”实验方法探究用户的性别、年龄、使用经验以及
居住状态对主动风格偏好的影响，得出以下结果：①经验用户认为“建议者”风格比“决策者”风
格更满意；家庭用户认为“建议者”风格比“决策者”风格更舒适；②“直率”的沟通方式在满意度
和舒适度方面均优于“委婉”的沟通方式。实验验证了：①用户智能家居产品的使用经验及其居
住状态会显著影响其对会话智能体主动风格的偏好；②智能家居场景下，会话智能体的沟通效
率比礼貌更重要。

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轴测投影的若干问题

何援军

2020, 41(4): 667-676. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040667

摘要 ( 135 )

PDF(2742KB) ( 145 )

重新审视了轴测投影定义的表述。轴测投影法是用平行投影的方法，沿投射方向
将空间坐标系投射到投影面上得到轴测坐标系并进而在这个坐标系下表述空间形体，用这种方
法得到的图纸叫轴测图。三视图用3 个视图分别表示形体的3 个方向(面)，轴测图用一个视图
同时表示三直三面角，其本质都是要表达出形体的3 个方向(面)，在平面上表述空间形体。讨
论了轴测投影中的一些根本问题，包括平行投影体系、轴测三角形、轴测投影体系、轴测投影
的基本要素和基本公式，剖析了正轴测投影和斜轴测投影之共性和不同，给出了其原理图。

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基于接触模型的球头挂环仿真分析与优化方法研究

刘小会1,2，黄飞2，郑佳艳2，蔡萌琦3，周晓慧2

2020, 41(4): 677-686. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2020040677

摘要 ( 80 )

PDF(2678KB) ( 70 )

球头挂环作为输电线路的关键部件，起到保证输电线路安全运行的作用。为了对
球头挂环进行优化研究，在顺风向水平力作用下，基于Abaqus 有限元软件对球头挂环进行了
非线性静力仿真分析，通过建立2 种不同型号的球头挂环接触模型，设置不同的网格密度、接
触面宽度，接触类型采用面-面接触，讨论了球头挂环尺寸、网格密度和接触面宽度对最大应力
的影响规律。计算结果表明，2 种型号球头挂环在不同网格密度下的接触宽度与最大应力变化
规律基本相同，最大应力值随着接触面宽度的增大而逐渐减小，可分为急速下降区、缓慢下降
区、平稳区3 个阶段。平稳区的最大应力及波动幅度均较小，可作为理想的球头挂环接触面宽
度，其可为今后球头挂环的优化设计提供理论指导依据。

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