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基于分数阶Fourier变换的结构瞬时模态参数识别的开题报告
一、研究背景及意义
结构健康监测在现代土木工程中变得越来越重要，主要是因为地震、风、交通等环境因素和长期使用等原因会对结构物产生不可避免的损伤和老化，可能会导致结构的崩溃和破坏。因此，及时发现结构物的损伤和老化情况，并采取有效的维修和保护措施就变得至关重要。而结构健康监测技术，尤其是结构瞬时模态参数识别技术，则成为了实现结构健康监测的主要手段之一。
其中，瞬时模态参数是描述结构振动响应特性的重要指标之一，它反映了结构的动态特性和变化情况。因此，准确、快速地识别结构的瞬时模态参数，对结构的健康监测和评估至关重要。
目前，随着计算机技术和信号处理技术的不断发展，瞬时模态参数识别技术也在不断进步。其中，利用Fourier变换对结构振动信号进行处理，可以得到结构的频域特性信息，从而实现瞬时模态参数的识别。但是，传统的Fourier变换仅适用于处于平稳状态的信号，而在实际结构健康监测中，多数情况下结构振动信号是非平稳的，因此，使用传统的Fourier变换方法会导致精度降低。
为了解决这一问题，近年来，学者们开始关注分数阶Fourier变换技术，通过引入分数阶微积分理论，可以更准确地处理非平稳信号。因此，基于分数阶Fourier变换的结构瞬时模态参数识别技术，已成为研究的热点和难点之一。本文旨在研究并进行实验，分析分数阶Fourier变换在瞬时模态参数识别中的应用效果和优劣，为实际结构健康监测提供参考。
二、研究内容及方法
本文针对结构物振动信号的非平稳特性，研究了基于分数阶Fourier变换的结构瞬时模态参数识别技术。具体研究内容如下：
1.分数阶Fourier变换理论研究：通过对分数阶Fourier变换理论的深入研究，掌握其基本原理、处理方法及应用范围和限制；
2.分数阶Fourier变换算法实现：通过编程实现分数阶Fourier变换算法，掌握算法操作流程和参数设置，编写算法程序；
3.实验信号采集和处理：在结构物上采集振动信号，将信号进行预处理，包括去噪、分段和去趋势等处理方法，提取结构物的瞬时模态参数；
4.瞬时模态参数识别算法设计：基于分数阶Fourier变换方法，设计结构瞬时模态参数识别算法，实现对结构物振动信号的瞬时模态参数识别；
5.精度分析及实验比较：通过对比分数阶Fourier变换法和传统Fourier变换方法识别结果，分析分数阶Fourier变换在瞬时模态参数识别方面的优势和劣势，并对其精度进行深入分析，验证其基于瞬时模态参数识别的可行性和有效性。
三、预期研究成果
1.掌握分数阶Fourier变换理论方法，能够编程实现分数阶Fourier变换算法；
2.设计了基于分数阶Fourier变换的瞬时模态参数识别算法，并进行了实验测试，验证了其在识别非平稳振动信号方面的优势和有效性；
3.对比传统Fourier变换方法和分数阶Fourier变换方法的优劣，分析了其适用范围和精度；
4.研究成果对结构健康监测和评估具有一定的实际应用价值，可为构建更精准的结构健康监测体系提供一定的支持和指导。
四、进度安排
第1-2周：阅读相关文献，了解研究背景和发展历程；
第3-4周：深入研究分数阶Fourier变换理论，并编写算法程序；
第5-6周：采集结构物振动信号，并进行预处理；
第7-8周：基于分数阶Fourier变换方法，设计瞬时模态参数识别算法；
第9-10周：进行瞬时模态参数识别实验，并分析结果；
第11周：对比分数阶Fourier变换法和传统Fourier变换方法，分析其精度；
第12周：撰写研究报告，进行总结和讨论。
五、参考文献
1.LingyuZhu，JinruiLin，ShunianYang，etal.StructuralHealthMonitoringofLarge-ScaleBridges:TechnologiesandPractices[J].JournalofBridgeEngineering,2021,26(5):04021019.
2.YanjuanTian,ChangzhiLi,YuzheZhang,etal.StructuralHealthMonitoringofModernBridgesinKorea[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2020,774:022121.
3.AhmedM.AbuEl-Enein,AhmedM.Farag.StructuralDamageDetectionandHealthMonitoringTechniques[M].Springer,2019.
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