基于midas NFX的聊城铁塔CFD数值模拟研究

关修龙; 袁立群; 闫昊

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20250919002

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基于midas NFX的聊城铁塔CFD数值模拟研究

“文物保护与防灾减灾新技术”专栏 | 更新时间：2026-06-24

- 基于midas NFX的聊城铁塔CFD数值模拟研究
- Research on CFD Numerical Simulation of Liaocheng Iron Tower Based on Midas NFX
- 防灾减灾工程学报 2026年46卷第3期页码：521-529
- 作者机构：
  
  聊城大学建筑工程学院，山东聊城，252000
- 作者简介：
  
  关修龙（2001—），男，硕士研究生。研究方向为岩土工程。E-mail：1003748683@qq.com
  袁立群（1981—），男，副教授，博士。研究方向为岩土及地下工程。E-mail：liqunyuan@163.com
- 基金信息：
  
  2024年山东省研究生教育教学改革研究项目(SDYJSJGC2024075)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20250919002
  中图分类号： TU312.1
- 收稿：2025-09-19，
  
  修回：2026-03-12，
  
  纸质出版：2026-06-25
- 稿件说明：
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关修龙,袁立群,闫昊.基于midas NFX的聊城铁塔CFD数值模拟研究[J].防灾减灾工程学报,2026,46(03):521-529.

GUAN Xiulong,YUAN Liqun,YAN Hao.Research on CFD Numerical Simulation of Liaocheng Iron Tower Based on Midas NFX[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2026,46(03):521-529.
关修龙,袁立群,闫昊.基于midas NFX的聊城铁塔CFD数值模拟研究[J].防灾减灾工程学报,2026,46(03):521-529. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250919002.

GUAN Xiulong,YUAN Liqun,YAN Hao.Research on CFD Numerical Simulation of Liaocheng Iron Tower Based on Midas NFX[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2026,46(03):521-529. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250919002.

摘要

以国家重点文物聊城隆兴寺铁塔为研究对象，鉴于风荷载对古建筑的潜在危害，通过实地测量获取关键数据，构建了铁塔三维模型。运用midas NFX软件，采用SST

‑

湍流模型进行CFD数值模拟与有限元分析。研究结果表明迎风面风速随高度递增，背风面呈先降后升趋势，塔尖流速达到峰值；因铁塔阻挡形成低风速区，梯度衰减体现风影效应；迎风面压力自下而上呈现先升后降趋势，背风面因涡旋形成低压区，符合伯努利原理；塔尖最大位移1.312 mm，第六层以上位移显著增加；迎风面体型系数均值为0.339，背风面为-0.199，塔架的体型系数为0.538；铁塔模态阶次越高频率越大，低阶表现为整体弯曲，中高阶表现为中部屈曲，且铁塔对环境激励呈非线性关系。研究成果为聊城铁塔的防风保护提供了理论依据，也为类似古建筑的风载作用保护研究提供了有益参考。

Abstract

Taking the Longxing Temple Iron Tower in Liaocheng

a nationally protected cultural relic

as the research object

a three-dimensional model of the iron tower was established on the basis of field measurements in view of the potential hazard of wind loads to ancient buildings. Using the midas NFX software and the SST

turbulence model

CFD numerical simulations and finite element analyses were carried out. The results showed that the wind speed on the windward side increased with height

whereas that on the leeward side first decreased and then increased

with the peak value occurring at the tower tip. A low-wind-speed zone formed because of the obstruction of the iron tower

and the gradient attenuation reflected the wind-shadow effect. The pressure on the windward side first increased and then decreased from bottom to top

whereas a low-pressure zone formed on the leeward side because of vortices

which was consistent with the Bernoulli principle. The maximum displacement at the tower tip was 1.312 m

and the displacement increased significantly above the sixth story. The mean shape coefficient was 0.339 on the windward side

-0.199 on the leeward side

and 0.538 for the tower frame. The modal frequency of the iron tower increased with modal order; the low-order modes showed overall bending

whereas the medium- and high-order modes showed mid-height buckling

and the iron tower exhibited a nonlinear response to environmental excitation. The results provide a theoretical basis for the wind-resistant protection of the Liaocheng Iron Tower and a useful reference for wind-load protection of similar ancient buildings.

关键词

Keywords

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