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김경종
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# PRD: FESA MITC4 Linear Static Shell Solver
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# PRD: C++/MSVC Harness
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## 목적
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FESA는 유한요소 input 파일을 읽어 구조해석을 수행하고, 절점과 요소의 해석 결과를 출력하는 C++ 구조해석 솔버를 제공한다. 초기 제품 기능은 MITC4 4절점 shell element 기반 선형정적 해석이다.
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## 목표
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Codex Harness가 C++/MSVC 프로젝트에서 phase planning, TDD guard, commit validation, workspace validation을 일관되게 수행하게 한다.
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## 사용자
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- 구조해석 솔버를 개발하는 C++/MSVC 개발자
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- Abaqus/Nastran 계열 input과 결과 검증 방식을 이해하는 해석 엔지니어
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- reference solver 결과와 FESA 결과를 비교해 기능 release를 판단하는 reviewer
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- Codex/FESA agent workflow로 기능을 단계별 구현하는 agent
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## 문제 정의
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구조해석 솔버는 단순히 코드를 빌드하는 것만으로 정확성을 판단할 수 없다. 요소 정식화, 입력 mapping, 선형해법, 결과 출력, reference solver 비교, tolerance 판정이 모두 명시되어야 한다. FESA는 이 과정을 문서화된 단계와 자동 검증으로 묶어 구현 실수를 줄인다.
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- Windows/MSVC 기반 C++ 개발자
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- Harness phase를 작성하고 실행하는 Codex agent
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- Harness 결과를 검토하는 reviewer
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## 핵심 기능
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1. Abaqus `.inp` subset 입력
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- `*NODE`, `*ELEMENT`, `*MATERIAL`, `*ELASTIC`, `*SHELL SECTION`, `*BOUNDARY`, `*CLOAD`, `*STEP` 지원
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- unsupported keyword는 명시적 diagnostic을 낸다.
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2. MITC4 shell 선형정적 해석
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- 4-node quadrilateral shell
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- 6 DOF per node: `U1, U2, U3, UR1, UR2, UR3`
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- isotropic linear elastic shell section
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- 2x2 Gauss integration
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- membrane, bending, transverse shear resultants
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3. Sparse system solve
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- CSR global stiffness assembly
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- Intel oneAPI MKL PARDISO direct solver
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- constrained DOF 처리와 reaction recovery
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4. Parallel computation
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- Intel oneAPI TBB 기반 element stiffness/result recovery 병렬화
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- deterministic assembly merge
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5. HDF5 result output
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- mesh metadata
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- nodal displacement
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- nodal reaction
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- element internal force/resultant
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- element stress
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6. Reference solver verification
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- stored Abaqus S4R reference HDF5 artifact와 비교
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- Abaqus S4 artifact는 diagnostic reference로 보관
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- nodal displacement, reaction, element internal force, stress 비교
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- tolerance `1e-5` 단일 기준
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7. Solver state and result model
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- `Domain`, `AnalysisModel`, `AnalysisState` 분리
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- step/frame/field/history HDF5 결과 구조
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- constrained DOF 제거와 full-system reaction recovery
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8. Extensible object creation
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- Abaqus parser와 element/material/load/boundary factory registry 분리
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- 향후 1D/3D 요소, nonlinear, dynamic, thermal 기능 추가를 위한 module boundary 유지
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## 성공 기준
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- MITC4 요구조건, 연구, 정식화, I/O, reference model, 구현 계획, reference verification, release 문서가 작성되어 있다.
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- 모든 C++ production 변경은 관련 테스트가 먼저 작성되고 실패가 확인된 뒤 구현된다.
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- MSVC x64 Debug CMake build와 CTest가 통과한다.
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- 다음 테스트모델이 stored Abaqus S4R reference와 `abs-or-rel 1e-5` 이내로 일치한다.
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- membrane patch
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- bending patch
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- transverse shear patch
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- twist patch
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- coarse Scordelis-Lo shell
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- HDF5 output schema가 reference comparison에 필요한 모든 id, component, step/frame, units, metadata를 포함한다.
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- Essential boundary condition reaction은 `K_full * U_full - F_full` 기준으로 계산되어 reference reaction과 비교 가능하다.
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- Singular system 또는 solver factorization 실패는 명시적 diagnostic으로 보고된다.
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1. CMake/MSVC/x64/Debug 기반 workspace validation
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2. C++ source/header 변경에 대한 엄격한 TDD guard
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3. npm 없이 Python self-test와 CMake/CTest 검증을 수행하는 pre-commit hook
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4. C++ 프로젝트에 맞는 Harness workflow/review prompt
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5. CMake project가 아직 없어도 Harness 자체 테스트가 가능한 no-op validation path
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## 제외 사항
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- Nastran BDF parser
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- nonlinear static analysis
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- geometric nonlinearity
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- dynamic analysis
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- eigen/buckling analysis
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- material plasticity
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- layered composite shell section
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- contact analysis
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- Abaqus/Nastran 실행 자동화
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- reference artifact 자동 생성
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- OpenSees API 호환성
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- Phase 1 mesh quality scoring
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## 확장 로드맵
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MITC4 선형정적 기능이 reference 검증을 통과한 뒤 다음 기능을 별도 요구조건과 정식화 문서로 진행한다.
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1. nonlinear static analysis
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2. nonlinear dynamic analysis
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3. heat transfer and thermal-stress coupling
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4. 1D truss/beam and 3D solid elements
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5. additional material models and properties
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## Dependency Requirements
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- MSVC and CMake must be available for C++ build validation.
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- Intel oneAPI MKL must be available through `MKLROOT` or known oneAPI installation paths.
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- Intel oneAPI TBB must be available through `TBBROOT` or known oneAPI installation paths.
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- HDF5 C library must be supplied through `HDF5_ROOT` or `HDF5_DIR`; the current local default is `C:\Program Files\HDF_Group\HDF5\2.1.1`, with CMake package files under `C:\Program Files\HDF_Group\HDF5\2.1.1\cmake`.
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- Python 3 must be available for harness validation and phase execution.
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## Release Requirements
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Solver feature release is allowed only when:
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1. Requirements are approved.
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2. Research evidence and formulation are reviewed.
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3. I/O contract and HDF5 schema are fixed.
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4. Reference model artifacts exist and provenance is documented.
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5. C++ TDD implementation passes CTest.
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6. Reference comparison passes tolerance `1e-5`.
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7. Known limitations are written in the release document.
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- 이전 FESA solver source tree 복원
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- JavaScript/TypeScript fallback 유지
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- Abaqus reference artifact 생성 또는 solver reference 비교 구현
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- Visual Studio `.sln`/`.vcxproj` 전용 MSBuild workflow
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Reference in New Issue
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