水冷壁是火力发电站中锅炉结构的一个极为重要的受热做功部分,具体作用为将下方省煤器初步加热后的水稳定加热为高温水汽混合物,分离后的高温蒸汽流入过热器再次加热后喷出作用于汽轮机,通过汽轮机的转动而实现发电。“锅炉四管”是锅炉中煤粉燃烧的直接辐射受热部位,在高温服役环境下,受热管道极易在热应力下引发热疲劳失效。相较于水冷壁,作用于其他三管包括过热器、再热器的高温烟气以及省煤器的低温尾气都较为均匀,而作用于水冷壁的高温烟气及火焰却较为杂乱,因此水冷壁更易发生热疲劳破坏。多数学者利用理化实验的方法研究其发生损伤失效的原因并对该结构提出了许多针对性的改善建议以保证锅炉的安全运行。而关于水冷壁的疲劳理论研究方向,由于其服役环境的高度复杂性,在初始阶段完成疲劳寿命的预测较为困难且不够精准,因此建立一种可靠的疲劳分析及寿命预测方法非常有必要。针对于水冷壁热疲劳现象的高度复杂性,本文通过考虑多种不确定性因素,以有限元分析为工具,对不确定性因素影响下的水冷壁展开了疲劳分析,并研究了各个不确定性因素的影响程度,具体研究内容如下:1)本文设计了一种层次化的仿真过程,具体包括三维建模、有限元分析、确定性疲劳分析、不确定性疲劳分析、可靠性分析以及参数的敏感性分析等;2)利用有限元分析方法对水冷壁完成了仿真分析,建立了有限元分析的总体框架。对于实际服役环境中温度的随机性,利用随机过程对其进行建模,最终求解出温度变化下引起的热应力载荷谱;3)在疲劳分析过程中,对得到的应力载荷谱采用雨流计数法处理以及平均应力修正,最终求得了在该随机温度载荷下的确定性疲劳损伤。此外,利用软件同步进行疲劳分析求解该疲劳损伤值,对比两种计算方法,其结果的高度一致性证明了疲劳分析的可靠性;4)为量化疲劳理论分析与实际疲劳现象的差异性,考虑引入不确定性。分析了整体框架中出现的不确定性因素并对其进行了随机建模,基于该模型而随机抽取样本后计算了不确定性参数下的随机疲劳损伤并对结果进行统计分析,给出了确定性及随机疲劳损伤中不同损伤值下的置信水平,提高了疲劳分析结果的可靠性;5)考虑到各个不确定性参数对损伤的影响程度不同,对其进行了敏感性分析。由于分析框架的映射关系不够明确,因此引入代理模型来逼近原始模型,结果显示出Kriging代理模型与原映射关系完全接近,最后在代理模型上完成了基于方差的敏感性分析,得到了各个不确定性参数对损伤的影响权重因子。