准确可靠且简单易行的金属结构材料失效分析手段是确保各类重大工业与军事装备安全运行的基础。作为常规的断口分析的重要补充,基于EBSD技术的取向差分析方法逐渐发展起来,且相比于前者具有独特的优势。其中,两类重要的晶内取向差参数“中心点平均取向差”KAM（Kernel Averaged Misorientation）和“晶粒参考点取向偏差”GROD（Grain Reference Orientation Deviation）已经被广泛应用于金属结构材料晶粒尺度的变形分析和损伤评估中。本文针对目前研究中存在的几个关键问题,结合理论分析和实验验证展开了充分讨论,得到的研究结论如下:阐明了两类取向差参数的物理意义及其在不同条件下的演化规律。KAM在弹塑性变形卸载条件下主要反映了几何必需位错密度张量ρGND的三组观测面内的不变量,可以作为真实位错密度的近似度量。KAM和GROD在单晶或者单个晶粒内部并不对应于局部塑性应变或者材料旋转,且单晶中的GROD演化还同时受到塑性变形模式的影响,但是经过晶粒间的平均以后,（?）和（?）与宏观塑性变形之间存在线性关系,可以作为后者的度量。通过绘制垂直于断面上的经过晶粒间平均的（?）的远场分布曲线,区分了低合金钢40Cr和球墨铸铁QT500-7板状试样（光滑、带双侧缺口）的拉伸断裂和CT试样的疲劳断裂,通过绘制疲劳裂纹路径上经过横向晶粒间平均后的（?）和（?）在纵向上的近场分布曲线,区分了等应力幅和等应力强度因子加载模式。通过低周疲劳试验确认了低合金钢40Cr失效后最终的平均晶内取向差参数（?）^final与疲劳载荷之间存在双线性函数关系:（?）^final=（?）₀+αε_max^p+βε_α^p,另一方面基于HRR场所给出的疲劳裂纹尖端单向塑性区内的（?）_max^p和循环塑性区内的（?）_a^p分布,建立了 （?）分布函数:（?）-（?）₀=C3（R）·△K/（?）,及其与基准线围成的面积S_KAM与驱动力△K之间的线性关系:S_KAM|R=0.1=1.34·△K。通过两种晶粒大小的奥氏体耐热不锈钢的蠕变中断试验,确认了蠕变过程中蠕变变形量ε_creep和（?）值之间存在独立于蠕变条件和晶粒尺寸的线性关系:ε_creep=（7.2·（?）-2.4）%;结合蠕变本构建模,建立了蠕变变形量ε_creep和蠕变寿命分数t/t_r之间的关系:t/t_r=B-(1+ε_creep)^{-Aσ0nexp（Q/RT）},进一步将前面得到的的线性关系代入即可得到蠕变寿命分数的预测模型,精度可达到30%以内。