本文基于三维数字图像相关技术(3D-DIC),结合裂尖定位、链式匹配、相关系数阈值化、局部拟合等算法,研究了裂纹端部变形场的测量方法,对准静态加载状态下裂纹的起始扩展和亚临界扩展过程进行全过程图像采集以及数字图像相关分析,获得了这一过程完整的裂纹尖端三维位移场以及裂纹面内应变场,以此分析裂纹失效扩展前的演化规律。实验结果表明,3D-DIC既能获得裂纹张开导致的面内变形,提取裂纹尖端张开位移,还能测量裂纹端部的离面位移和局部凹陷。通过有限元模拟,比较了二维断裂模型和三维断裂模型的不同,发现三维断裂模型塑性区更接近于平面应变状态,虽然三维模拟稳定性较差但是其模拟的主要断裂力学参数更接近于实验测量值,从侧面证明了应用3D-DIC研究三维断裂模型的必要性。实验中采用预制疲劳裂纹的紧凑拉伸试件,通过改变焊缝位置制备了四种不同试件。应用3D-DIC分析焊接对Q235钢材断裂力学行为的影响。对比不同试件的裂尖变形场发现,当裂纹位于焊接区域,裂纹扩展前端部的局部变形与凹陷最为显著,焊接热影响区内裂尖变形也明显大于母材,具有比母材更高的断裂韧度。随着载荷增加,裂纹附近的焊缝边界处也容易产生较大的变形,导致局部损伤,最终影响材料的破坏行为。