自各国进行大规模的原油战略储备以来,大型原油储罐被广泛应用,随着服役期的不断延长,其安全性越来越受到广泛关注。目前为止,对大型储罐的研究主要集中于储罐静强度方法方面,大多是对壁板、底板以及最关键的大角焊缝等位置处的应力计算方法的提出,这些方法均为储罐缺陷的评定奠定了基础。本文基于相关研究,结合断裂力学的相关知识,对1×10~5m~3储罐进行了有限元数值模拟,对其展开储罐静强度和平面缺陷的应力强度因子以及凹坑缺陷的局部应力分布研究,本文主要的研究内容如下:为了建立适于本研究的储罐模型,本文首先以罐—土接触模型为基础,建立二维储罐模型并展开静强度分析。根据储罐底板的变形条件和应力分布趋势,提出了将静水压力下与地基保持接触的底板和整个地基用翘离截面上的位移边界条件代替的简化建模方法。这种建模方法使大部分底板与整个地基网格划分的难度和接触分析等复杂问题得以解决。简化模型与完整储罐模型分析结果的对比表明简化模型完全可以代替整体储罐进行静强度分析。在对储罐裂纹进行应力强度因子计算之前,需先解决诸如裂纹体的建立、奇异单元的设置、裂纹体网格的划分、断裂命令流的输入等问题。本文先对平板上的裂纹进行相关的研究,获得了上述过程的实现方式,并根据此方式,将相互作用积分法计算所得的裂纹前缘的应力强度因子与经验公式计算的结果进行对比,结果吻合良好。同时发现随着裂纹长深比的增加,裂纹体的三维约束对裂纹最深处的应力强度因子的影响逐渐减小,因而可以将长裂纹视为二维裂纹进行评估。本文根据不同位置的裂纹尖端应力强度因子的分布规律,将裂纹分为底板裂纹、焊缝裂纹和焊趾裂纹,并分别研究了相关参数对裂纹尖端应力强度因子的影响规律,拟合得出了应力强度因子与各参数的直接关系。基于此关系,在实际工程中可根据检测所得的裂纹位置及裂纹尺寸快速得出裂尖的应力强度因子。本文根据罐体材料的力学性能建立了基于选择2曲线的评估曲线,该曲线弥补了选择1曲线在载荷比较大时过度的保守性,使评估结果更加准确、经济。为了对体积型缺陷的适用性能进行评价,本文在简化的三维模型上建立体积型缺陷,以靠近焊缝位置底板上的球形凹坑为例,观察凹坑深度和沿环向长度的变化对凹坑内部及焊趾位置应力的影响。发现凹坑的存在并未使焊趾位置的应力增加,相反却有所减少。凹坑深度的增加也未使凹坑内部出现应力集中,而缺陷沿环向长度的增加却明显使凹坑内部的应力强度增大。