本发明公开一种复合加载模式的材料微观力学性能测试夹持装置,夹持装置包括可固定于工作台顶面的底座、与底座顶部相连的下连接主轴、与下连接主轴顶部相连的下扇形法兰盘、位于下扇形法兰盘上方且与下扇形法兰盘分离的上扇形法兰盘、与上扇形法兰盘相连的上连接主轴;夹持装置还包括用于夹持试件的夹持结构。相对于现有技术,本发明的复合加载模式的材料微观力学性能测试夹持装置通过上连接主轴与上扇形法兰盘、下连接主轴与下扇形法兰盘的通孔栓接位置变换,以及配用不同夹持方式的试件夹持结构,试验人员即可便捷地完成拉伸断裂、剪切断裂、撕裂断裂、拉伸剪切复合断裂、拉伸撕裂断裂等不同类型的材料断裂性能测试。