储罐是重要的化石能源储存装备,由罐内储存介质挥发出的可燃气体在意外点火源作用下将会发生燃烧爆炸,由此引发的储罐结构破坏事故时有发生。储罐燃爆形成的爆炸冲击波、辐射热和爆炸碎片不仅仅会造成储罐自身的破坏,还会对临近储罐的安全运行形成威胁,因此,对于储罐内爆引发的罐群响应问题是储罐安全运行的关键技术问题。为此,本文针对罐内可燃气体内爆的两种模式:爆燃与爆轰载荷进行计算,建立储罐在不同载荷形式作用下的塑性与脆性破坏条件,并对内爆全时域过程中的储罐破坏及临近储罐响应的理论、数值分析方法进行研究,具有重要的学术价值和良好的应用前景。本着解决关键科学问题的逻辑关系,论文开展如下工作:首先,以立式拱顶储罐为研究对象,对储罐内可燃气体爆燃过程进行了分析,得到了罐内可燃气体燃烧过程的体积变化计算方法。通过考虑可燃气体爆燃能量与罐体之间的辐射传热过程,采用Newton-Raphson迭代计算方法,对储罐内可燃气体燃烧温度、火焰传播速度和罐内气体超压进行了计算,得到了储罐内可燃气体发生爆燃的温压载荷计算方法;采用数值模拟手段开展了考虑辐射传热的球形容器内可燃气体爆燃的温度、压力计算,并将计算结果与实验测试数据进行对比分析,验证了本文建立的考虑辐射传热气体爆燃温、压载荷计算方法的正确性。其次,基于能量守恒、载荷平衡和位移协调的流固耦合界面平衡条件,提出了罐内可燃气体爆燃过程中的耦合界面物理量匹配网格的传递计算方法,建立了内爆显式动力学过程中储罐结构变形导致的罐内外流体域耦合界面的边界追踪算法,得出了储罐结构与罐内外流体耦合界面参数分域求解传递迭代判断收敛准则与计算流程。通过实验研究了储罐内可燃气体爆燃的耦合界面载荷与结构响应规律,并建立了储罐爆燃多场耦合数值模型,通过数值模拟计算结果与实验测试数据的对比分析,验证了本文基于分域求解的储罐结构响应与耦合界面载荷传递计算结果的准确性。其三,对储罐在爆燃条件下罐体材料发生断裂破坏过程进行了分析;依据储罐材料断裂粘塑性破坏条件,通过引入储罐材料断裂破口尖端热流变化的条件,建立了储罐材料破口尖端包含热量的剪切损伤判据。通过推导储罐结构域破坏过程中流固耦合界面节点位置的重构方法,建立了包含储罐结构缺失的流固耦合界面非匹配网格的载荷传递计算方法,得出储罐内爆耦合界面缺失的载荷传递时间推进算法。采用数值模拟手段建立了考虑内外流体域、储罐结构域与临近储罐的多场耦合数值模型,并对罐内气体爆燃全时域过程中的储罐结构断裂破坏与临近储罐的响应进行了分析。其四,分析了可燃气体由爆燃转变为爆轰的过程,对比分析了同一储罐内可燃气体燃爆后,罐内气体爆燃与爆轰两种计算方法的异同。然后,基于储罐内可燃气体爆轰的能量释放条件,通过在储罐单元节点间插入粘结单元的方法,建立了储罐材料脆性断裂破坏的内聚力条件,并推导了罐体破坏后形成的碎片抛射距离与运动轨迹方程。最后,建立了储罐爆轰多场耦合数值模型,开展了气体爆轰过程的储罐破坏与碎片飞射轨迹研究,将爆轰形成的碎片与蒙特卡洛计算方法进行了对比分析,验证了本文建立的储罐材料脆性断裂多场耦合计算模型的准确性。最后,考虑罐内外流体性质、内爆储罐与临近储罐结构,建立了基于TNT当量法的储罐爆轰多场耦合计算模型。通过对不同液位高度和不同容积储罐在罐内气体爆轰条件下的全时域过程分析,得到了储罐内爆破碎与临近储罐在爆炸冲击波超压和爆炸碎片作用下的响应情况。通过比较罐内可燃气体不同燃爆条件和过程的影响因素分析,最终实现了储罐结构在不同载荷作用条件下的破坏行为描述,揭示了内爆全时域过程中储罐破坏机理与临近储罐的多体耦合响应行为。本文研究成果可作为分析储罐内爆事故发生的原因、预防和控制此类工业灾难事故以及储罐设计、罐体间距布置提供重要的理论基础与计算方法。