化工园区中,储罐一般存储有大量的易燃易爆介质,如果超压或发生火灾,极易引发爆炸事故,爆炸产生的碎片会对罐区其它储罐形成撞击。一旦碎片导致罐壁穿透,罐内储存的液体发生泄漏会导致二次爆炸,从而引发多米诺事故,造成的后果不堪设想。因此,对爆炸碎片撞击下的储罐穿透行为进行数值模拟研究,以揭示不同碎片撞击条件下的储罐穿透特性及储罐的失效过程,为化工园区中储罐的失效和风险评估提供理论基础,本文主要研究内容和研究结论如下:（1）针对碎片撞击储罐穿透行为的局部变形特性,采用光滑粒子流体动力学与有限元法相耦合（SPH-FEM）的方法,构建了储罐在立方体、球体、圆锥体三种小型碎片撞击下有限元分析模型,对碎片撞击储罐的穿透过程进行了数值模拟研究,结果表明:相对于常规FEM方法,SPH-FEM耦合分析模型具有局部变形描述准确、计算效率高等显著特点,更适合于碎片撞击储罐穿透行为的数值模拟。（2）采用基于SPH-FEM耦合分析模型,对小型碎片撞击200m3立式拱顶储罐从撞击变形到穿透全过程的穿透行为进行了数值模拟,研究了碎片形状、碎片撞击速度和碎片撞击角等因素对穿透特性的影响,结果表明:对于质量为62kg的立方体碎片,在正撞击条件下,碎片穿透罐壁的最低撞击速度为97m·s-1。碎片穿透储罐结构时,从碎片撞击罐壁发生显著的局部塑性变形到穿透罐壁形成卷边,撞击穿透过程表现为挤压、破孔、穿透和惯飞四个典型阶段。最终的穿孔形态与碎片对储罐的最大投影面密切相关,立方体碎片扩孔能力最强,对储罐的破坏能力最强。小型碎片撞击储罐的穿透过程是穿孔行为下典型的局部化毁伤,碎片撞击速度越大,穿孔直径和卷边越大,所需的穿透能量也越大,10%左右的碎片初始动能转化为碎片的变形能、储罐的动能和变形能。径向直径随着水平撞击角和壁厚增大而增大,轴向直径随着垂直撞击角和壁厚增大而增大,且壁厚越大,穿孔直径变化越明显。碎片撞击角和壁厚越大,所需的穿透能量越大。（3）为进一步研究大型碎片对储罐设备的撞击变形过程及穿透特性,选择了长端盖型碎片、半球型碎片和平板型碎片三种典型爆炸碎片及20000m3立式拱顶储罐,构建了大型碎片撞击立式拱顶储罐的有限元分析模型,对碎片撞击储罐的穿透行为进行了数值模拟,研究了碎片类型、碎片质量、碎片撞击速度、碎片撞击角和碎片转速等因素对穿透特性的影响。结果表明:对于质量为6050kg的长端盖型碎片,在正撞击条件下,碎片穿透罐壁的最低撞击速度为72m·s-1。当碎片不足以穿透罐壁时,储罐撞击部位将发生大范围的塑性变形,形成凹陷的三角变形区域,呈现四条塑性铰线。根据碎片撞击速度和质量的不同,碎片穿透储罐的失效模式表现为局部失效、整体失效和破裂失效三种。碎片撞击储罐穿透后的穿孔形态和尺寸因碎片类型不同而异,其中半球型碎片的穿孔尺寸最大,长端盖型碎片所需的穿透能量最多,对储罐的破坏能力最强。碎片质量越大,所需的穿透能量越大,储罐最大残余位移也越大,对储罐的破坏越严重。碎片撞击速度越大,所需的穿透能量越大,储罐最大残余位移也越大,对储罐的破坏越严重。碎片水平撞击角和垂直撞击角越大,所需的穿透能量越大,储罐最大残余位移也越大,对储罐的破坏越严重,但撞击角达到45°之后由于碎片平行于壁面的速度分量过大导致与罐壁发生滑动,对储罐的破坏减弱。碎片转速越大,所需的穿透能量越小,储罐最大残余位移也越小,由于碎片转速改变了穿透模式,导致储罐结构抵抗穿透的能力减弱,碎片更容易穿透储罐。