数值反应堆是建立在超级计算机上,可实现反应堆内各种物理过程高保真模拟的复杂软件系统,对新堆设计、反应堆安全、功率提升和反应堆延寿等领域的研究具有重要意义。中国数值反应堆（China Virtual Reactor,CVR 1.0）是国家重点研究计划“数值反应堆原型系统开发及示范应用”项目研发的软件系统,旨在借助我国的超算优势,对反应堆结构力学、热工流体、中子物理、材料辐照效应等物理过程进行高保真的模拟。本文以广泛使用的结构力学模拟方法有限元法（FEM）为研究对象,从CVR 1.0结构力学高保真模拟中并行海量网格生成、物理参数映射和大规模数值求解计算的典型挑战性问题出发,在国产CPU+AI加速器异构多核架构的超级计算系统上,对反应堆堆芯组件大规模网格生成技术、多文件物理参数映射技术和面向异构多核架构的大规模稀疏刚度矩阵向量乘技术三个方面展开研究。主要的工作和成果如下:（1）针对数值反应堆内结构力学高保真模拟计算中大规模网格生成问题,基于反应堆计算模型的几何结构特点,提出了一种多文件大规模网格生成方法,可用于百亿规模的网格生成。从实体建模的方法出发,剖析大规模网格生成的意义、关键点和面临的挑战。针对几何建模的数据组织要求,分析几何构造特点,建立能精确刻画堆芯的几何模型,提出了基于关键点坐标空间变换的同构建模方法,实现同构型组件和全堆芯组件的统一建模,并基于同构模型实现同构型组件至全堆芯组件的大规模非结构化四面体网格的自动生成。采用该方法可大幅提高用户在数值反应堆结构力学高保真模拟中的前处理效率。（2）针对物理参数映射在大规模有限元网格文件下,所需的计算存储量大,映射时间过长的问题,提出了一套多文件物理参数映射方法。该套方法采用最小充分表示法简化网格数据结构,并利用多文件逻辑组织特点,在大规模网格下进行高效的性质恒定和非恒定的物理参数到网格节点或单元的映射。对物理参数映射中涉及的数据组织形式,提出了采用多文件组织形式的独立IO操作,并根据不同类型物理参数,设计了哈希表与索引树结构的高效映射方法,实现了在大规模网格下对物理参数温度场和压力场的高效映射。并且基于该套方法优化了通用有限元前处理执行策略,来提高数值反应堆结构力学高保真模拟的前处理效率。（3）针对国产超算独特的异构架构,提出了基于国产CPU+AI加速器异构多核架构的高效大规模稀疏刚度矩阵向量乘方法,使面向有限元方法的结构力学计算在国产超算上具有更高效的并行性能。首先从结构力学求解原理出发,剖析了求解核心的特征,高性能计算的挑战,国产CPU+AI加速器异构多核架构的特点,以及HIP编程模型。然后提出了基于CSR存储格式的CSR-Vector row算法策略,设计了两种自适应归约算法,且对连续访存进行优化,实现批量访存和对r向量的访存合并,通过改变核函数配置,实现访存与计算的重叠,从而进一步提高并行性能。（4）采用提出的方法,开发了一个数值反应堆结构力学高保真模拟系统,实现了在国产CPU+AI加速器异构多核超级计算系统上的数值反应堆结构力学高保真模拟,并验证了技术的有效性和良好的并行性能。功能性验证通过了 IAEA标准例题的静力模拟和单盒燃料组件的流致振动模拟。性能测试中采用全堆芯712组件计算模型,网格规模由1.583亿扩展至102.528亿,计算核心以9,804为基准扩展至615,330,多文件数量由776扩展至4,656,测试结果并行性能达到了 53.27%,而计算误差仅为2.7%。