随着显微成像技术的发展，原位观测材料在试验过程中的微观形貌变化，用以揭示材料宏观变形、损伤、失效等机理的原位监测技术应运而生。通过研究分析国内外材料力学测试的发展现状，不难发现：学者更多的是对材料进行单一载荷下的离位试验研究，然而材料在实际工况中往往受到多种载荷的复合作用及受到周围复杂环境场的影响，所以仅对材料进行单一载荷下的试验研究不能有效的模拟材料的实际工况，且离位观测不宜于更好的揭示材料的失效、破坏等宏观表象。基于以上要点，本文研发出多载荷、多物理场复合加载材料原位力学性能测试万能试验机的一个测试单元，即机-磁耦合三点弯曲测试单元。本文设计单元可与拉伸、压缩、扭转、压痕、原位观测、电场、磁场、热场单元高度集成于一体，满足空间结构及测试功能上的兼容。本文对装置的设计、结构组成及其工作原理进行详细介绍，同时介绍了材料在三点弯曲测试中相关力学性能参数的计算方法；对设计装置的零部件选型进行校核计算；对设计装置的关键零部件进行静力学及整机模态有限元仿真分析，论证装置设计的合理性。本文提出了不同工况下试件实际挠度测量的修正方法及相应的机架柔度系数的求解算法；通过试验验证修正方法的准确性及机架柔度系数C1的通用性；对影响测试结果的潜在因素及其影响效果进行有限元仿真分析。本文对铁磁功能材料进行了力-磁耦合试验研究，探究外加磁场对材料力学性能的影响及试件与磁加载方向相垂直的不同作用面积对影响效果的响应程度；对预拉伸-三点弯曲复合加载试验进行有限元仿真分析，探究材料在复合加载作用下的表现行为；对Q235钢试件进行基于金相显微镜下的原位试验研究，探究材料微观形貌与其宏观表象之间的联系。