立式圆柱形钢储罐是一类特殊的空间薄壳结构,常被应用于石油化工领域。储罐内部储存的原油、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等物资均属于易燃易爆物,在其生产、储存与转运过程中极易发生火灾与爆炸事故。爆炸一旦发生,不仅会造成储罐自身结构的严重破坏与内部储液的泄漏,还会波及到相邻储罐,引发连锁火灾爆炸事故。爆炸冲击波作用于储罐结构的全过程十分复杂,主要包括外部凝聚相炸药或内部可燃蒸气云起爆、爆炸冲击波的形成与传播、冲击波与结构的相互作用以及由此引起的储罐结构响应等。与之相对应的研究则包括爆炸冲击波参数的计算、储罐内外表面爆炸荷载的确定以及储罐结构对于爆炸冲击作用的动力响应等。本文通过数值模拟方法,研究立式圆柱形钢储罐在爆炸冲击波作用下的爆炸荷载、动力响应以及破坏机理,为实现基于结构动力响应分析的钢储罐抗爆抑爆优化设计提供理论依据。全文主要内容如下：第1章简要介绍钢储罐的应用发展与结构形式,回顾国内外储罐爆炸灾害事故,分析总结储罐爆炸荷载与结构动力响应的研究现状,明确本文主要工作内容。第2章通过ANSYS/LS-DYNA软件建立可有效模拟储罐外部凝聚相炸药爆炸的有限元分析模型,获取储罐外部爆炸荷载的分布规律,提出爆炸冲击波作用下圆柱形储罐结构外壁面爆炸荷载的简化模型,为储罐结构在外部爆炸作用下的动力响应分析奠定基础。第3章基于第2章研究成果,利用ANSYS/LS-DYNA软件对钢储罐结构在外部爆炸荷载作用下的动力响应分别进行耦合与解耦的数值模拟。其中,耦合分析模型包含炸药、空气与储罐,能够考虑爆炸冲击波与结构的相互作用；解耦分析则是直接向储罐结构施加由爆炸荷载简化模型计算得到的超压时程曲线。通过模拟结果、计算效率的对比分析,讨论耦合、解耦方法对模拟外爆作用下储罐动力响应的适用性。第4章基于TNT当量法将储罐内部可燃蒸气云等效转化为凝聚相TNT炸药,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立储罐内部爆炸有限元模型,系统考察在储罐高径比、TNT当量、储罐顶盖形式等影响因素下的内部爆炸流场的变化情况以及爆炸荷载的分布规律,并进一步探究耦合效应对爆炸荷载的影响。第5章利用计算流体动力学软件FLUENT建立可模拟密闭容器内部可燃气体燃烧爆炸过程的CFD模型,通过与小型圆柱形容器内气体爆炸过程的文献实验结果的比较,验证该模型的准确性与有效性；在此基础上将该模型应用于大型钢储罐内部可燃气云爆炸的数值模拟,并系统考察储罐高径比、容积、顶盖形式、可燃气体种类与浓度以及罐内初始压力等因素对内部爆炸荷载的影响。第6章利用数值仿真平台ANSYS Workbench分别建立基于FLUENT计算的CFD模型和基于ANSYS计算的固体结构力学模型,并在System Coupling模块下实现内部可燃气云爆炸作用下储罐结构动力响应过程的双向流固耦合分析；同时基于第5章研究成果,通过直接加载超压时程曲线,实现内部爆炸荷载作用下钢储罐的解耦分析；并讨论了耦合分析与解耦分析对模拟内部爆炸作用下储罐动力响应的适用性。第7章基于钢储罐结构在爆炸作用下的荷载分布规律、结构动力响应以及失效破坏模式,通过惰化可燃气体、罐内充液、顶壁/底壁连接倒圆优化以及设置防爆带等方法,探讨削减储罐内外爆炸荷载及减小结构动力响应的优化措施,并通过数值模拟验证其有效性。第8章总结全文的主要结论,提出进一步的工作展望。