目前,二维断裂力学的理论研究已经较为成熟,而对于三维断裂力学的理论研究却还十分有限。人们在解决工程实际中三维裂纹的断裂问题时,通常是将其简化为二维断裂问题来求解,这往往会因忽视三维裂纹的一些本质特性而使结果不准确。因此本文提出一种三维断裂实验试样并对其展开计算断裂分析与实验研究,具有一定的理论和实际意义。　　首先,对传统经典实验试样进行分析,针对它们存在的不足提出本文所研究试样的几何模型及加载装置。确定实验所用材料,通过材料拉伸实验测定材料的机械性能参数。　　其次,分析几种经典数值计算方法的优缺点,选择J积分法作为本文的计算方法,证明J积分法的三维守恒性,为J积分法应用到三维计算断裂分析中提供理论基础。利用大型有限元分析软件ABAQUS建立了试样的断裂分析模型,并借助退化单元模拟了裂纹尖端的奇异性,以确保计算断裂分析结果准确。先在平面应变条件下对断裂分析模型进行计算断裂分析并与二维的经验公式进行对比,验证本文断裂分析模型的正确性;之后分别对断裂分析模型进行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ+Ⅱ、Ⅰ+Ⅲ型加载,分析裂纹尖端应力分布,说明裂纹前缘的三维效应;最后,计算得出不同类型裂纹前缘的无量纲应力强度因子。　　第三,对断裂分析模型进行Ⅰ、Ⅱ、Ⅰ+Ⅱ型裂纹的起裂分析,利用Richard断裂准则预测Ⅰ、Ⅱ、Ⅰ+Ⅱ型裂纹的起裂角。　　最后,针对三维断裂实验试样进行了预制疲劳裂纹实验,将符合实验要求的疲劳裂纹试样分别进行Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅰ+Ⅱ型、Ⅰ+Ⅲ型、Ⅲ型加载,并测量不同类型裂纹的起裂角,通过实验数据的处理得到了试样的应力强度因子。分别将实验得到的起裂角和应力强度因子与计算断裂分析的结果进行对比,证明三维试样模型的正确性和Richard准则的有效性。