恶性肿瘤已经成为当今世界发病率和死亡率最高的疾病之一，由于尚不明确肿瘤生长的内在机理和过程，它的治疗依旧相当困难。对于肿瘤生长基本机制的模拟是当前最活跃的研究领域之一。从细胞层面去研究细胞行为对于肿瘤生长的影响被认为是肿瘤模拟的重要方向，然而目前大多数基于细胞层面的模型都是以2D网格或质点去表示一个细胞，并不是细胞形状的真实表示。本文主要研究基于有限元方法的3D无血管肿瘤细胞生长模型的模拟计算及并行化实现。该肿瘤细胞生长模型主要用于模拟无血管肿瘤细胞的形态及细胞间复杂的边界，为日后从细胞层面分析肿瘤细胞间的行为和受力提供条件。模型中，初始的单细胞被表示为一个由三角网格组成的球体。细胞的生长遵循总能量公式，结合有限元方法可以推导出生长的非线性方程。对于该方程的求解，本文利用最优化的思想提出了等式约束的罚函数法进行求解，避免了非线性迭代不收敛的情况。根据有限元细胞的特点，设计了一个基于广度优先搜索的细胞分裂算法完成细胞分裂的模拟。随着肿瘤的生长，有限元网格的质量会变差，影响计算精度，此时一系列的网格处理算法如网格细化、网格重三角化等将会被用于优化这些网格。最后，为了适应大规模的模拟计算，本文设计了基于MPI的肿瘤生长并行框架。模拟系统在Linux平台下使用C++进行开发，通过模拟得到多个细胞的肿瘤图像及细胞生长曲线。模拟结果显示，有限元肿瘤生长模型及其相关算法能够克服细胞生长和分裂过程中的非线性过程，在预测3D肿瘤生长及分裂方面是可行的，这对于在细胞层面研究细胞间的相互作用具有重要意义。在并行计算方面，通过集群验证了并行框架的可行性和可扩展性，获得了良好的加速效果。