# Project: FESA Structural Solver

## 기술 스택
- C++17 이상
- MSVC on Windows
- CMake + CTest
- Python 3 Harness scripts
- Intel oneAPI MKL, Intel oneAPI TBB
- HDF5 result storage
- Abaqus `.inp` keyword subset input

## 프로젝트 정체성
- FESA는 유한요소법 기반 구조해석 솔버를 단계적으로 구축하고 검증하는 프로젝트이다. 목표는 Abaqus를 흉내 내는 parser를 만드는 것이 아니라, 승인된 입력 범위에서 물리적으로 설명 가능하고 재현 가능한 해석 결과를 만드는 것이다.
- 새 기능은 입력 keyword만 인식하거나 element kernel만 존재한다고 완성된 것이 아니다. Semantic model, equation system, 해법, 결과 복구, HDF5 외부 계약과 독립 검증 evidence가 하나의 추적 가능한 기능을 이뤄야 한다.
- 프로젝트의 배경, 목적, 사용자, 범위는 `docs/PRD.md`에서 확인한다.
- 전체 아키텍처와 모듈별 책임은 `docs/ARCHITECTURE.md`에서 확인한다.
- 주요 아키텍처 결정과 그 이유 및 트레이드오프는 `docs/ADR.md`에서 확인한다.
- AI 에이전트는 설계나 구현 결정을 내리기 전에 PRD에서 제품 범위를, ARCHITECTURE에서 소유권과 데이터 흐름을, ADR에서 이미 결정된 트레이드오프를 먼저 확인한다. 기능별 의미는 `docs/requirements/`, `docs/formulations/`, `docs/io-definitions/`, `docs/reference-models/`의 승인 문서를 source of truth로 삼는다.
- Harness는 솔버 자체가 아니라 요구조건, TDD, phase 실행, 검증을 통제하는 개발 운영 인프라이다. 전체 실행 흐름은 `docs/HARNESS_WORKFLOW.md`, 설치와 설정은 `docs/HARNESS.md`를 따른다.
- FESA는 Abaqus와 독립적인 솔버다. 문서와 구현은 full Abaqus compatibility뿐 아니라
  Abaqus 요소 정식화, 적분, stabilization, 내부 상태 또는 결과 생성 절차의 동등성을
  주장하거나 목표로 삼지 않는다. 수치 결과의 exact equality는 허용되지만 내부 동작
  동등성의 evidence가 아니다.
- 기능별로 승인된 Abaqus keyword subset만 입력 형식으로 지원한다. Abaqus 결과는 승인된
  비교량의 외부 수치 reference일 뿐 FESA 내부 알고리즘 계약이 아니다.
- 공식 solver output은 HDF5 `results.h5`이다.
- reference 결과는 FESA와 같은 Abaqus `.inp` 모델을 Abaqus로 해석해 생성한 CSV 파일이다.
- reference case는 기능 문서가 지정한 기존 `.inp`와 실제 비교에 필요한 Abaqus CSV 경로를
  그대로 사용한다. canonical 이름, legacy-alias 승인, bundle `README.md`, `metadata.json`,
  Abaqus version/provenance 또는 중복 unit/coordinate/step-frame/schema 기록은 readiness
  조건이 아니다.
- 비교기는 필요한 source row identity와 component를 결정적으로 대응시키고 누락, 추가,
  중복, nonfinite 값을 tolerance 전에 거부한다. Reference artifact는 rename, rewrite 또는
  보정하지 않는다.
- CSV는 FESA 공식 output이 아니며, FESA HDF5에서 추출한 deterministic CSV view는 비교 디버깅/검토용 보조 artifact로만 둔다.

## FESA 개발의 핵심 원칙

### 물리와 수치 계약

- CRITICAL: 구현보다 요구조건, 정식화, 부호, 단위, 좌표계, row identity와 tolerance 계약을 먼저 고정한다. 구현 편의를 위해 승인된 의미를 조용히 바꾸지 않는다.
- CRITICAL: 해석 결과가 유한하고 선형계가 풀렸다는 사실만으로 correctness를 주장하지 않는다. Equilibrium, reaction, rigid-body mode, energy, symmetry와 reference identity를 기능에 맞게 검증한다.
- Source label/instance identity와 internal index/equation index를 구분한다. Stable source identity는 진단, 결과, reference mapping 전 구간에서 보존한다.
- 병렬 실행 여부와 관계없이 같은 입력은 같은 sparse structure, reduction order, result row order와 diagnostic order를 만들어야 한다.
- Scale-aware validation은 formulation과 I/O 계약의 기준을 사용한다. 임의의 `max(1, ...)`, zero clamp, 누락 row 무시 또는 불일치 평균으로 오류를 숨기지 않는다.

### 소유권과 의존성

- CRITICAL: C++ 빌드는 CMake/MSVC/x64/Debug 기준으로 검증한다.
- CRITICAL: 새 기능 또는 동작 변경은 테스트를 먼저 작성하고 실패를 확인한 뒤 구현한다.
- CRITICAL: C++ production file을 바꿀 때는 관련 C++ test file이 있어야 한다.
- CRITICAL: Abaqus reference artifact 생성, 수정, 복원은 명시적으로 요청된 phase에서만 수행한다. 문서 또는 agent가 artifact naming이나 보조 metadata를 맞추기 위해 파일 변경을 요구하지 않는다.
- CRITICAL: public header와 implementation 의존성 방향을 역전하지 않는다.
- CRITICAL: 사람이 계약과 수치식을 대조할 수 있는 단순한 코드를 작성한다. 주석은 코드가 이미 말하는 동작보다 부호, 수명, 순서, backend 제약처럼 비자명한 이유를 설명한다.
- Domain은 입력 파일에서 생성된 전체 모델 정의를 소유하고, 파싱 이후 가능한 한 불변으로 취급한다.
- AnalysisModel은 현재 step에서 활성화된 elements, loads, boundary conditions, properties/materials의 non-owning view를 제공하며 Domain을 복사하지 않는다. 따라서 Domain은 AnalysisModel보다 오래 살아야 한다.
- DofManager는 node별 자유도 정의, constrained/free mapping, equation numbering, sparse pattern ownership을 전담한다. Node 또는 Element 내부에 equation id를 분산 저장하지 않는다.
- AnalysisState는 해당 procedure가 실제로 사용하는 mutable solution과 recovery row만 소유한다. V0는 full displacement/external/internal force/residual/reaction과 step/frame 및 beam recovery rows만 보관하며 미래 state를 미리 할당하지 않는다.
- MKL, TBB, HDF5, Win32 API와 vendor type은 public solver core에 노출하지 않는다. `LinearSolver`, `ParallelFor`, `ResultsWriter`, `Vector`, `Matrix`, `SparseMatrix` 경계 뒤에 둔다.
- 해석 단계는 실패할 수 있는 candidate를 완성하고 검증한 뒤 소유 state/output에 반영한다. 실패 시 기존 state와 기존 최종 HDF5를 가능한 계약 범위에서 보존한다.

### 선형 정적 해석 불변식

- `Analysis::run()`의 실제 단계와 객체별 책임은 `docs/ARCHITECTURE.md`의 해석 실행 흐름을 따른다.
- Full stiffness를 stable free/constrained 순서로 `Kff/Kfc/Kcf/Kcc`에 분할하고, `Kff` factorization을 load assembly보다 먼저 수행한다.
- Effective RHS는 `Ff - Kfc * dc`이며 substitution 뒤 full displacement를 복구한다. 모든 DOF가 constrained인 유효한 모델의 `0 x 0 Kff`를 singular error로 바꾸지 않는다.
- Reaction과 free-equilibrium evidence는 조립된 full residual `K*d - F`에서 구한다. Constrained 성분은 physical reaction이고 free 성분은 residual evidence다.
- Sparse assembly는 element-local contribution과 stable COO ordering, 고정된 reduction을 사용한다. 병렬 worker가 global CSR storage를 직접 갱신하지 않는다.
- Element end action, positive-local-x section resultant, Gauss generalized result와 section-point stress는 서로 다른 identity와 부호 계약을 가진다. Station mismatch를 평균으로 합치지 않는다.

### 개발 운영 인프라

- Codex custom agent의 `model_reasoning_effort` 기본값은 `extra high`로 둔다.
- Harness runner는 `scripts/execute.py`에 둔다.
- `scripts/execute.py`는 `feat-<phase-name>` branch prefix를 사용한다.
- runner는 `git add -A`로 변경사항을 stage하므로 실행 전 clean worktree 또는 별도 Git worktree를 사용한다.
- Hook 연결은 `.codex/hooks.json`, 구현은 `scripts/hooks/`와 `scripts/msvc_harness/`에 둔다.
- PreToolUse는 위험 명령과 C++ production file의 대응 테스트 존재 여부를 검사하는 guardrail이며 RED 실행을 증명하지 않는다.
- Stop은 `.harness/config.json` 또는 자동 감지 결과에 따라 MSVC build와 test를 모두 검증한다.
- Generated phase execution outputs remain ignored under `phases/**/step*-output.json`.

## 현재 승인된 V0 기능 계약
- `linear-static-3d-euler-beam`의 source of truth는 `docs/superpowers/specs/2026-08-08-linear-static-3d-euler-beam-design.md`이다. 관련 문서를 변경하거나 구현할 때 이 계약의 의미를 임의로 넓히지 않는다.
- 입력 파일당 하나의 `*STEP, *STATIC`과 `TYPE=B33`만 지원한다. B31을 Euler 요소로 매핑하지 않고 `unsupported-element-formulation`으로 거부한다.
- `*PART/*ASSEMBLY/*INSTANCE`는 identity instance와 stable source identity만 지원한다. instance transform과 nested assembly는 거부한다.
- 선형 정적 실행 순서는 stiffness assembly와 constrained partition 뒤 `Kff`를 factorize하고, 그 다음 load vector와 effective RHS를 조립해 substitution하는 순서를 유지한다.
- FESA는 output request와 무관하게 displacement, reaction, equilibrium end action, section resultant, generalized strain/resultant, axial `S11`을 HDF5에 기록한다. Beam stress의 Abaqus reference comparison은 N/A다.
- B33 reference row는 component별 Abaqus scale로 `absolute_floor + 1e-6 * reference_scale`을 적용한다. Reference 값을 zero-clamp하거나 누락 row를 무시하지 않는다.
- `reference/cantilever beam/` artifact는 rename, rewrite 또는 보정하지 않는다.

## 승인된 MITC4 정책

- Abaqus source `S4`와 `S4R`은 같은 FESA MITC4 정식화로 매핑하며 source type은 추적
  정보로만 보존한다. Abaqus의 S4/S4R 알고리즘을 재현하지 않는다.
- Full-integration FESA-MITC4의 blocking Abaqus reference case는
  `reference/shell/`의 S4 input/displacement CSV만 현재 이름 그대로 사용한다.
  S4R source 지원은 parser/common-kernel/deterministic assembly/HDF5 metadata test로
  검증하며 `reference/shellR/` artifact를 acceptance comparison에 사용하지 않는다.
- Global `U1/U2/U3`만 blocking reference quantity다. 모든 matched U row에는 고정
  절대오차 `1.0e-5`를 적용한다. `UR1/UR2/UR3`도 고정 절대오차 `1.0e-5`로 비교하되
  초과 시 warning만 남긴다. MITC4 tolerance 판정에는 `reference_scale`을 사용하지 않으며
  B33의 component-scale 혼합 tolerance는 변경하지 않는다.
- MITC4 drilling calibration, coefficient sweep, energy-ratio threshold와 별도 geometry/director
  calibration(`NR-O01`~`NR-O04`)은 구현 범위가 아니다. 6-DOF 선형계에는 물리 회전
  stiffness block의 양의 최소 대각항에 `1e-3`을 곱한 고정 numerical drilling
  stabilization만 사용하며 drilling 방향 nodal moment는 지원하지 않는다.
- Drilling stabilization은 physical generalized strain/resultant/stress에 포함하지 않으며
  별도 drilling stiffness/ratio/energy HDF5 output을 요구하지 않는다.

## 기능을 추가할 때의 판단 기준

- 새 element는 요구조건과 formulation을 승인한 뒤 semantic mapping, property/material 연결, DOF/scatter, local kernel, deterministic assembly, recovery, HDF5 row identity, reference/physics evidence를 함께 설계한다.
- 새 load 또는 constraint는 parser 인식만 추가하지 않는다. Source target resolution, stable application order, full-space assembly, partition/effective RHS, diagnostic과 결과 의미까지 연결한다.
- 새 analysis procedure는 기존 선형 정적 lifecycle에 조건문을 누적하지 않는다. 필요한 state, equation, solver lifecycle과 recovery contract를 별도 요구조건·ADR·formulation으로 정의한다.
- 새 backend는 기존 public interface를 유지하고 vendor lifecycle, integer/index conversion, runtime dependency와 failure translation을 adapter 내부에 격리한다.
- 새 output quantity는 계산식뿐 아니라 units, coordinate system, source/internal identity, HDF5 schema, mandatory 여부, reference projection과 tolerance를 동시에 정의한다.
- Element API에 kernel이 존재하는 것과 Abaqus keyword/CLI에서 그 기능을 노출하는 것은 별도 계약이다. 예를 들어 V0의 line-load kernel은 `*DLOAD` 지원을 뜻하지 않는다.

## 개발 프로세스
- TDD를 기본으로 한다. 구현은 `RED -> GREEN -> VERIFY` 순서를 따른다.
- CRITICAL: 빌드 경고를 새로 추가하지 말 것.
- 기능 개발은 다음 gate를 순서대로 통과해야 한다.
  1. 요구조건 분석
  2. 연구자료 조사
  3. 유한요소 정식화
  4. 수치 검토
  5. I/O 계약 정의
  6. reference model 계약 준비
  7. C++ 구현
  8. build/test 검증
  9. reference comparison
  10. physics sanity
  11. release readiness
- 커밋 메시지는 conventional commits 형식을 따른다: `feat:`, `fix:`, `docs:`, `refactor:`, `test:`, `chore:`.

## Agent/Skill Workflow
AI 에이전트는 유한요소 구조해석 지식이 필요할 때 FEM wiki를 참조하기 위해 `.codex/skills/fem-theory-query` 스킬을 사용할 수 있다.

| 개발 과정 | Agent | Skill | 산출물 |
| --- | --- | --- | --- |
| 요구조건 분석 | `requirement-agent` | `fesa-requirements-baseline` | `docs/requirements/<feature-id>.md` |
| 연구자료 조사 | `research-agent` | `fesa-research-evidence`, `fem-theory-query` | `docs/research/<feature-id>-research.md` |
| 유한요소 정식화 | `formulation-agent` | `fesa-formulation-spec` | `docs/formulations/<feature-id>-formulation.md` |
| 수치 검토 | `numerical-review-agent` | `fesa-numerical-review` | `docs/numerical-reviews/<feature-id>-review.md` |
| I/O 정의 | `io-definition-agent` | `fesa-io-contract` | `docs/io-definitions/<feature-id>-io.md` |
| reference model | `reference-model-agent` | `fesa-reference-models` | `docs/reference-models/<feature-id>-reference-models.md` |
| 구현 계획/구현 | `implementation-planning-agent`, `implementation-agent` | `fesa-cpp-msvc-tdd` | tests, source, implementation report |
| build/test | `build-test-executor-agent` | `fesa-cpp-msvc-tdd` | `docs/build-test-reports/<feature-id>.md` |
| correction | `correction-agent` | `fesa-cpp-msvc-tdd` | `docs/corrections/<feature-id>.md` |
| reference 비교 | `reference-verification-agent` | `fesa-reference-comparison` | `docs/reference-verifications/<feature-id>-reference-verification.md` |
| 물리 검토 | `physics-evaluation-agent` | `fesa-physics-sanity` | `docs/physics-evaluations/<feature-id>-physics-evaluation.md` |
| 배포 준비 | `release-agent` | `fesa-release-readiness` | `docs/releases/<feature-id>-release.md` |

Implementation Planning Agent는 구현 계획 요청에서 `.agents/skills/harness`를 반드시
사용한다. 먼저 여러 자기완결적 Step의 초안을 제시하고 사용자 승인을 받은 뒤에만
`phases/index.json`, `phases/<task-name>/index.json`, `phases/<task-name>/stepN.md`를
생성한다. Harness 실행은 별도 사용자 요청이 있을 때만 수행한다.

## 최소 검증 진입점

세부 target graph, dependency normalization과 Windows runtime staging은 `docs/ARCHITECTURE.md`와 실제 CMake 파일을 따른다. `.harness/config.json`이 존재하면 그 설정을 우선한다.

### Harness Python 검증

```powershell
uv run --with pytest python -m pytest -v -rs
```

### Phase 실행

```powershell
python scripts/execute.py <phase-name>
python scripts/execute.py <phase-name> --push
```

### CMake/CTest 프로젝트

```powershell
$gtestSource = "C:/path/to/googletest"
$mklDir = "C:/path/to/oneAPI/mkl/lib/cmake/mkl"
$tbbDir = "C:/path/to/oneAPI/tbb/lib/cmake/tbb"
$hdf5Dir = "C:/path/to/HDF5/cmake"

cmake --fresh -S . -B .harness/build -G "Visual Studio 18 2026" -A x64 `
  "-DFESA_GTEST_SOURCE_DIR=$gtestSource" `
  "-DMKL_DIR=$mklDir" `
  "-DTBB_DIR=$tbbDir" `
  "-DHDF5_DIR=$hdf5Dir"
cmake --build .harness/build --config Debug
ctest --test-dir .harness/build -C Debug --show-only=json-v1
ctest --test-dir .harness/build -C Debug --output-on-failure
```

`FESA_GTEST_SOURCE_DIR`는 approved local GoogleTest source checkout을 반드시 가리켜야 한다. MKL/TBB/HDF5가 기본 package search에서 발견되지 않는 환경에서는 나머지 세 config directory도 명시한다. FESA 제품 검증은 solution-only MSBuild가 아니라 CMake target과 CTest를 기준으로 한다.
