随着全球经济发展和能源需求的不断增加，各国对石油资源的竞争日益加剧，石油战略储备规模不断升级，钢制储油罐的存储容量也随之由大型向超大型化发展。目前，国际上钢制储油罐的容量已超过25×104m3。中国的石油消耗量位居世界第二，仅次于美国。2003年，我国开始筹建国家战略石油储备基地，并规划分三期完成硬件设施建设。随着国家石油储备基地项目的相继展开，大型钢制储油罐的建设和发展也进入历史高峰期。我国钢制石油储罐的容量已达到15×104m3，正在研发容积为20×104m3以上的超大型储油罐。然而，伴随着石油产品储存规模和应用范围的不断扩大，由其引发的爆炸事故时有发生。多数事故案例表明，石油产品形成的可燃混合蒸气云团极易引发爆炸事故，爆炸产生的冲击波对储油罐结构具有相当大的破坏作用。如果爆炸发生在大型油库或储备基地，必定波及多个储罐遭受破坏，造成大量石油产品泄漏并诱发连环爆炸。目前，国内外对大型钢制油罐结构抵抗爆炸破坏的研究比较滞后，相关成果十分有限且尚不成熟。为此，开展大型钢制储油罐结构在可燃气体爆炸作用下的破坏机理及其抗爆防护研究，必将具有重要的科学价值和现实意义。本文采用理论分析、模型试验和数值模拟计算相结合的研究方法，对大型钢制储油罐在可燃气体爆炸作用下的失效破坏机理进行了深入研究，其主要内容包括：1.基于大型储油罐结构形式及可燃气体爆炸作用特点，将储油罐简化为不等壁厚的圆柱壳结构，根据爆炸动力学、弹塑性力学和塑性动力学等相关理论，建立了油罐罐壁在爆炸荷载作用下的变形运动微分方程。同时，根据von Mises屈服条件以及强度理论，建立了罐壁广义屈服函数和失效破坏准则。并通过广义屈服函数和失效破坏准则，对大型储油罐结构在爆炸冲击荷载作用下的失效破坏机理进行了理论分析。2.以乙炔/空气混合气体为爆炸源，利用可燃气体爆炸试验装置，进行了爆炸冲击波对试验平台刚壁冲击效应试验。通过对刚壁表面超压及振动特性分析，研究了可燃气体爆炸荷载作用的特性及规律。同时，针对两类钢制储油罐—浮顶式和拱顶式油罐，制作了相应的缩尺模型，并利用可燃气体爆炸试验装置分别进行了爆炸冲击试验。通过对试验模型破坏形态及相应时程曲线变化特征的对比分析，研究了不同结构形式的储油罐试验模型在气体爆炸作用下的失效破坏规律。3.根据相关理论分析和模型试验结果，采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA，建立油罐试验模型的有限元数值模型，并对储油罐缩尺模型的爆炸试验过程进行数值模拟。通过数值模拟与试验结果的对比分析，验证了数值模拟分析方法的可靠性和正确性。4.基于大型储油罐结构形式和特点，分别建立了浮顶式和拱顶式储油罐原型结构的有限元数值模型，采用ANSYS/LS-DYNA，对大型储油罐结构在可燃气体爆炸作用下的动力响应进行数值模拟。通过数值模拟结果的深入分析，揭示了大型钢制储油罐结构在可燃气体爆炸作用下的非线性动力响应及其失效破坏机理。本研究将为大型钢制储油罐结构的抗爆设计及安全防护奠定基础。