本发明提供一种复杂应力状态下材料断裂性能测试试样设计方法及试样，方法包括：分析目标结构在服役极限状态下的主要变形结构件，获取主要变形结构件变形前后的应力三轴度和Lode角参数分布，进行目标结构的服役应力状态分析，结合服役应力状态分析及应力三轴度和Lode角参数的取值，采用仿真方法设计主要变形结构件试样；根据主要变形结构件试样及试验测试条件，进行目标结构的断裂性能测试仿真，获取试样的应力状态和应变变化情况，以优化试样尺寸，直至获取最优的主要变形结构件试样尺寸。本发明能够设计出不同应力状态的断裂性能测试试样，且便于进行准静态及动态测试，从而能够针对性的反映结构件的服役应力状态及断裂性能。