核级石墨在高温气冷堆（HTGR）中常被用作堆芯主要结构材料,在使用过程中,堆芯石墨构件将承受热应力、机械载荷、以及潜在的地震作用等。这些复杂的应力可能造成材料内部出现裂纹,使得材料力学性能发生改变,从而影响结构完整性并威胁HTGR的安全。因此,研究核级石墨的断裂力学性能很有必要。为了研究核石墨的断裂性能,本文首先对单边切口的核级石墨（IG11）梁进行三点弯曲试验,采用电子散斑干涉技术测量梁表面的位移场,并使用夹式位移计和线性位移计分别测量梁切口张开位移（CMOD）和跨中挠度δ。在试验的基础上,利用ABAQUS中扩展有限元（XFEM）、内聚力模型（CZM）和虚拟裂纹闭合技术（VCCT）对石墨梁的断裂行为进行数值模拟。数值结果表明,使用XFEM和CZM时,峰值荷载Pc对网格尺寸很敏感,而使用VCCT则相对稳定。针对三种模型,评估了关键断裂参数对荷载-位移曲线的影响,即XFEM的最大主应力σmax,CZM的名义界面强度τc,VCCT的临界应变能释放率GIc,GIIc和GIIIc。通过与试验结果进行对比,验证了有限元模型的可靠性,并针对三种模型提出了适用于IG11石墨断裂模拟的合理参数值。分析了网格尺寸和断裂参数对临界裂纹长度ac的影响,并通过裂纹尖端的应变场,确定了裂纹的扩展特性。虽然三种模型均可用于模拟石墨的断裂行为,但XFEM对石墨梁的峰值前的非线性断裂行为模拟较好,因此本文将重点采用XFEM对石墨的断裂行为进行研究。通过XFEM数值模拟,得到加载过程中FPZ完全发展时断裂过程区的长度lFPZ最大,约为14.16 mm,约为石墨梁韧带高度的68%;分析了缝高比a0/D在起裂和失稳时石墨的断裂参数的变化,结果表明:随着a0/D的增大,起裂荷载Pini和峰值荷载Pc随着a0/D的增加而减小,Pini/Pc的比值保持稳定在0.8左右;双K断裂参数KIcini和KIcun基本保持不变。此外,还研究了不同尺寸下石墨的断裂参数变化,结果表明,起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度是与尺寸效应相关的参数,而断裂能的尺寸效应不明显。结合试验和数值模拟结果,利用逐点位移配合法（IDCM）确定石墨的拉伸软化曲线（TSC）。利用回归分析将TSC近似为双线性和三线性。结果表明,三线性拟合曲线更适合描述石墨的TSC。结合虚拟裂缝模型,考虑起裂韧度的断裂过程分析方法,根据文中公式编制相关计算程序,有效的预测了石墨梁裂纹断裂的全部过程。最后,对本文研究内容及主要结论进行总结,并对下一步的研究工作提出建议。