docs(thermal): align feature contracts with approved implementation scope
This commit is contained in:
@@ -1,181 +1,140 @@
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# Shell Transient Heat Transfer 결정 기록
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- Feature ID: `shell-transient-heat-transfer`
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- 문서 owner: 메인 assistant
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- 갱신일: 2026-09-28
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- Owner: 메인 assistant
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- 상태: Accepted (구현 검증 완료와 구별)
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- 승인 근거: ready 인터뷰의 개별 선택, 최종 “네 승인합니다”, 후속 `dryforge:go` 요청.
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기준: [프로젝트 지침](../../AGENTS.md), [프로젝트 PRD](../PRD.md),
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[공통 ADR](../ADR.md#adr-028). 지역 지침은 [Feature 지침](FEATURED_AGENTS.md),
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요구사항과 현재 checklist는 [Feature PRD](PRD.md)에 둔다.
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[공통 ADR](../ADR.md#adr-028). 요구사항과 현재 checklist는 [PRD](PRD.md),
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지역 소유권은 [FEATURED_AGENTS](FEATURED_AGENTS.md)를 따른다.
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아래 결정은 이전 Proposed 상태를 대체하며 실제 계산 결과의 정확도 승인을 의미하지 않는다.
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수식 원본은 [formulation](formulation.md), 독립 판정은 [numerical-review](numerical-review.md)다.
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각 결정의 owner는 메인 assistant다. 승인 근거는 2026-09-27~28 사용자 인터뷰의 명시 선택이다.
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개별 범위 선택의 합의를 기록하며, 전체 requirement baseline과 구현 실행은 아직 승인되지 않았다.
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사용자의 계획 기반 문서 작성 요청에 따라 수치 제안의 이유·대안·영향을 아래에 구체화한다.
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`사용자 합의`는 명시 선택의 기록이고 `Proposed`는 검토할 우선안이다.
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수식과 검산 원본은 [formulation](formulation.md), [numerical-review](numerical-review.md)를 따른다.
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## STH-ADR-001: Uncoupled transient 범위
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## 결정 목록
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- 상태: Accepted
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- 결정: 구조해석과 분리된 단일 Shell 과도 열전달 procedure를 구현한다.
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- 이유: 사용자가 “지금은 uncoupled heat transfer를 구현합니다”라고 명시했다.
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- 영향: 열응력·변형 피드백·양방향 연성은 장기 목표이며 이번 acceptance에서 제외한다.
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| ID | 주제 | 상태 | 요구사항·검토 연결 |
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| STH-ADR-001 | Uncoupled 범위 | 사용자 합의 | 001 |
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| STH-ADR-002 | 5개 두께 온도점 | 사용자 합의 | 002~004 |
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| STH-ADR-003 | 물성·초기/경계·열입력 | 사용자 합의 | 005~012 |
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| STH-ADR-004 | 시간 증분·전체 결과 저장 | 사용자 합의 | 013~015 |
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| STH-ADR-005 | 외부 비교·독립 검증 | 사용자 합의 | 016~017 |
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| STH-ADR-006 | 단일 step | 사용자 합의 | 018 |
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| STH-ADR-007 | 수치 방법론 전체와 K/C | Proposed | 정식화 3~5절 |
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| STH-ADR-008 | Geometry와 접속 이상화 | Proposed | NR-01 |
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| STH-ADR-009 | Backward Euler·종료 시간 | Proposed | 013, 정식화 7절 |
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| STH-ADR-010 | 초기 jump와 pre-step 경계 | Proposed | 008~009, NR-02 |
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| STH-ADR-011 | Heat flux·reaction 복구 | Proposed | 014~015, NR-05 |
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| STH-ADR-012 | Edge 입력 단위·외부 문법 | Proposed / syntax 미결정 | 011, NR-03 |
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## STH-ADR-002: 다섯 두께 온도점
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요구사항 번호는 `FEM-REQ-SHELL-THERMAL-` prefix를 생략했다. 수치 기준이 미정인 NR-04는
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[PRD 미결정 계약](PRD.md#구현-전-미결정-계약)에서 관리하며 승인된 tolerance를 대신하지 않는다.
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- 상태: Accepted; 초기 두께 등온 선택을 대체
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- 결정: 균질 centered section의 온도점은 항상 다섯 개다. 면내 및 두께 전도를 계산한다.
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Source DOF 11/13/15는 bottom/midsurface/top이다.
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- 이유: 기존 DS4 reference와 사용자가 선택한 두께 방향 범위를 유지한다.
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- 영향: 적층·사용자 선택 온도점 수·삼각형은 제외하며 Abaqus 내부 정식화 동등성을 주장하지 않는다.
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## STH-ADR-001: 현재 구현 목표를 uncoupled transient heat transfer로 한정
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## STH-ADR-003: 상수 물성과 제한된 열입력
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- 상태: 사용자 합의
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- 결정: 현재 목표는 구조해석과 분리된 Shell 과도 열해석이다. 양방향 열–구조 연성은 장기 목표다.
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- 근거: 사용자가 초기 연성 선택을 정정하며 “지금은 uncoupled heat transfer를 구현합니다”라고 명시했다.
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- 영향: 이번 기능의 acceptance에 구조 변위·열응력·연성 반복이나 변형 피드백을 포함하지 않는다.
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- 상태: Accepted; edge 부분은 STH-ADR-012로 대체
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- 결정: 양의 유한 상수 k/rho/c와 요소 집합별 재료·일정 두께를 사용한다.
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초기 온도는 node/Nset별로 지정하되 한 절점의 두께 전체에 동일하다.
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지정 온도와 집중 열입력은 source DOF 11/15에만 허용하며 step 중 일정하다.
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- 이유: 사용자 선택 범위에서 독립 검증 가능한 첫 열해석 기능을 구성한다.
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- 영향: 온도 의존·이방성·표면 분포 flux·대류·복사·내부 발열·내부 station 직접 입력은 제외한다.
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Concentrated P는 signed power이며 h나 면적을 곱하지 않는다. 중복 하중은 source 순서로 합한다.
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## STH-ADR-002: 두께 방향 균일 온도에서 5개 온도점 단면으로 범위 변경
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## STH-ADR-004: 모든 완료 증분과 초기 온도 저장
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- 상태: 사용자 합의; 앞선 두께 방향 균일 온도 선택을 대체
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- 결정: 3차원 공간의 4절점 Shell에서 면내·두께 방향 열전달을 지원한다. 균질 단면이고
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두께 방향 온도점은 모든 단면에서 5개로 고정한다.
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- 이유: 사용자가 기존 DS4 reference의 두께 방향 의미를 확인한 뒤 이를 지원하는 방향을 선택했다.
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- 근거: reference 유지/범위 확대 질문에서 B, 균질 단면 질문에서 A, 온도점 5개 고정 질문에서 A.
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- 영향: 아랫면·중앙면·윗면 온도의 identity를 구분한다. 적층·가변 온도점 수는 제외한다.
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Abaqus의 내부 정식화를 복제하거나 동일한 결과 생성 절차를 약속하는 결정은 아니다.
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- 상태: Accepted
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- 결정: 초기 raw 온도와 모든 완료 증분의 온도·flux·반력 열률을 공식 HDF5에 저장한다.
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- 이유: 한 시점의 reference 외에도 전체 과도응답을 검증해야 한다.
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- 영향: Output no-op 요청이 필수 저장량을 줄이지 않는다. 초기 flux/reaction dataset은 없다.
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종료 규칙은 009, 영속 schema는 013을 따른다.
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## STH-ADR-003: 상수 물성·일정 입력과 제한된 두께 방향 적용 범위
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## STH-ADR-005: NT11 외부 비교와 독립 물리 검증
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- 상태: 사용자 합의
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- 결정: 상수 등방성 열전도율·밀도·비열, 요소 집합별 재료와 일정 두께를 지원한다.
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초기 온도는 절점/집합별이되 같은 절점의 두께 전체에는 균일하다. 지정 온도와 집중
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열입력은 아랫면·윗면에 각각 적용하고, edge 열입력은 두께 전체에 균일하게 분포한다.
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지정 온도·열입력은 시간에 무관한 일정값이다.
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- 이유: 인터뷰에서 사용자가 각 첫 구현 범위를 선택했다.
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- 영향: 면적 분포 표면 열유속, 내부 온도점 직접 입력, 대류·복사·내부 발열,
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온도 의존·이방성 물성, 적층과 시간 이력 입력을 제외한다.
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- 상태: Accepted
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- 결정: 기존 CSV의 Step-1, t=37, NT11을 필수 비교하고 나머지는 해석해·수지·수렴으로 검증한다.
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- 이유: Reference의 실제 coverage는 단일 시점의 아랫면 온도 729행이다.
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- 영향: 공통 TOLERANCE의 row/family 기준을 유지한다. 추가 Abaqus CSV나 Abaqus 실행은 필수가 아니다.
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원본 음수·단위·시간을 보정하지 않는다. Source identity 오류는 tolerance 전에 거부한다.
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## STH-ADR-004: 고정 시간 증분과 전체 증분 결과 저장
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## STH-ADR-006: 단일 step
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- 상태: 사용자 합의
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- 결정: 전체 시간과 고정 시간 증분을 사용자가 지정한다. 온도·요소 열유속·반력 열률을
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모든 시간 증분에 저장하며 초기 온도 분포도 보존한다. 공식 출력은 공통 HDF5 계약을 따른다.
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- 근거: 시간 제어 A, 필수 결과 C, 저장 간격 A 선택.
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- 영향: 자동 시간 증분을 제외한다. 시간 적분법·열용량 행렬·마지막 증분 처리·초기 결과의
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schema를 이 결정만으로 정하지 않는다.
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- 상태: Accepted
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- 결정: 초기 온도에서 일정한 지정 온도·열입력으로 하나의 transient step을 수행한다.
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- 이유: 사용자의 명시 범위 선택이다.
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- 영향: 여러 step, restart, 시간 변화 amplitude와 자동 시간 증분을 제외한다.
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## STH-ADR-005: 현재 CSV의 NT11 비교와 독립 검증을 조합
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## STH-ADR-007: Q4×P2 두 구간과 consistent K/C
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- 상태: 사용자 합의
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- 결정: 외부 필수 비교는 기존 `shell-thermal NodalTemperature.csv`의 `Step-1`, `t=37`,
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`NT11`로 한정한다. 나머지 결과는 해석해·열에너지 수지·시간 및 공간 수렴성 등으로 검증한다.
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- 근거: 추가 reference 결과 확보 여부 질문에서 사용자가 A를 선택했다.
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- 이유: 현재 CSV는 한 시점의 아랫면 온도만 제공한다. 원본 evidence의 실제 coverage를 명시한다.
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- 영향: 추가 Abaqus CSV 확보를 필수 조건으로 삼지 않지만, 내부 온도·열유속·반력 열률과
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전체 과도응답의 correctness 검증은 유지한다. 공통 tolerance와 reference 원본은 변경하지 않는다.
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- 상태: Accepted; 이전 수치 방법 Proposed 상태를 대체
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- 결정: 요소당 20 DOF, Q4 면내 보간과 C0 두 구간 P2 두께 보간을 사용한다.
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K=integral(B^T k B), C=integral(rho c H^T H), 면내 3×3 Gauss와 두께 exact Z를 채택한다.
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- 이유: 전도·열저장·반력·에너지를 같은 Galerkin 보간으로 연결하며 직접 54점 적분으로 검산할 수 있다.
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- 대안·영향: Lumped C, reduced integration, hourglass, 인공 확산과 온도 clamp는 추가하지 않는다.
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Consistent C는 급변 경계에서 positivity를 보장하지 않으며 일반 warped patch의 3×3은 exact가 아니다.
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Reference 실패에 맞춰 방법을 변경하지 않는다. 수치 상세 기준은 구현 전 독립 검토한다.
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## STH-ADR-006: 단일 transient step으로 제한
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## STH-ADR-008: 실제 midsurface metric과 normalized station 접속
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- 상태: 사용자 합의
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- 결정: 초기 온도와 일정한 경계조건·열입력으로 하나의 transient step을 수행한다.
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- 근거: 단일/다중 step 지원 범위 질문에서 사용자가 A를 선택했다.
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- 영향: 여러 해석 step과 step 사이의 온도 상태 전달·경계조건 변경을 제외한다.
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- 상태: Accepted; 이전 물리 범위 검토 대기를 대체
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- 결정: 실제 bilinear 3D midsurface의 metric/법선을 사용하고 두께 offset 곡률 보정을 생략한다.
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공유 source node의 같은 normalized station을 접속하며 fold와 두께 단차도 같은 규칙을 사용한다.
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- 이유: 승인한 4절점 Shell과 다섯 온도점을 일관된 product-domain으로 표현한다.
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- 영향: 접합부의 상세 3D 전도·접촉 저항·추가 부피/용량을 해상하지 않는다.
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방향이 일관된 manifold mesh만 허용하며 T-edge/vertex-only 접합을 거부한다.
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전체 patch validity를 검증하고 수치적으로 증명할 수 없는 geometry는 진단한다.
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임의 warp/aspect cutoff나 자동 normal flip·node weld로 지원 의미를 바꾸지 않는다.
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## STH-ADR-007: 상세 수치 방법론 제안
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## STH-ADR-009: Backward Euler와 마지막 짧은 증분
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- 상태: **Proposed / 사용자 검토 대기**
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- 제안: 면내 Q4 × 두께 2구간 P2의 20 DOF, midsurface metric의 thin-shell 근사,
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consistent 열용량과 열전도행렬, 면내 3×3·두께 exact 적분, Backward Euler,
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24개 trace 위치의 직접 Fourier flux 및 full residual 반력 열률을 사용한다.
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- 근거: 사용자가 요구사항 목록을 보강하여 열전달행렬·heat flux 방법론을 포함한 상세 계획을 요청했다.
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이 요청은 제안을 작성할 권한이며 위 수치 방법의 채택 승인은 아니다.
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- 이유·대안: [설계 계획](design-plan.md)의 선택 표와 [정식화](formulation.md)의 상세 수식을 따른다.
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- 영향: geometry·접속 이상화, 최초 온도 불일치, edge 입력 단위/syntax와 결과 위치를
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검토해야 한다. 기존 reference 정확도와 positivity를 아직 보장하지 않는다.
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- 검토: [독립 수치 검토](numerical-review.md)에서 명시 행렬·BE partition·에너지 수식의
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일관성을 확인했다. 이는 사용자 채택 승인이나 solver 수치 검증을 대신하지 않는다.
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- 행렬 선택 이유: `K=∫BᵀkB dV`, `C=∫ρcHᵀH dV`를 동일 보간에서 유도하여 전도·저장·
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반력·수지를 연결한다. 두께 exact Z와 면내 3×3 적분은 독립 직접 적분으로 검산할 수 있다.
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- 대안과 trade-off: 단일 4차 두께 보간, lumped C 또는 reduced integration도 별개 방법이지만
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현재 우선안에 포함하지 않는다. Consistent C는 단조성·positivity를 보장하지 않으며,
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일반 곡면에서 3×3은 exact가 아니다. 실패에 맞춰 방법을 조용히 바꾸지 않는다.
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- 상세 선택: geometry, 시간 갱신, 초기 상태, recovery와 edge 입력은 008~012에서 분리한다.
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- 상태: Accepted; 이전 정수 배수 종료 제한 제안을 대체
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- 결정: A=C/delta+K를 사용하고 동일 계수 factorization을 재사용한다.
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기본 dt로 진행하고 종료까지 남은 구간만 단축한다. dt>T_end이면 한 증분이다.
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- 이유: 사용자의 시간 제어 선택을 유지하며 정확한 종료 시점을 저장한다.
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- 영향: 마지막 delta가 실제로 달라지면 재분해하고 RHS·반력·수지 모두 같은 delta를 사용한다.
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n*dt 기반 시간격자의 표현오차와 INC 사전검사를 고정한다. 무구속 transient도 유효하다.
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Generic all-constrained 처리는 algebra 검증이며 공개 내부 station BC 지원이 아니다.
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## STH-ADR-008: Thin-shell geometry와 두께 station 접속
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## STH-ADR-010: Raw 초기값과 step BC override
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- 상태: **Proposed / 물리 범위 검토 대기**
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- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 formulation·numerical review 담당.
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- 제안: 실제 3차원 Q4 midsurface의 metric·법선을 각 평가점에서 계산한다. 두께 offset의
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곡률 보정을 생략한 product-domain을 사용하며 인접 요소는 같은 normalized 두께 station을 공유한다.
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- 이유: 면내·두께 전도를 유지하면서 승인된 4절점 mesh와 5개 온도점을 연결할 수 있다.
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- 대안·trade-off: 실제 offset-volume metric 또는 별도 3D 접합부 해상은 더 많은 geometry
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계약을 요구한다. 우선안은 두께 단차의 노출면·spreading resistance·유한 접합부 부피를 해상하지 않는다.
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- 영향: 곡률·왜곡·orientation·퇴화 허용 범위와 fold/이두께 접속의 물리 이상화를 구현 전에
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검토해야 한다. 적분 차수를 높여도 이 모델링 오차는 제거되지 않는다.
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- 근거: [정식화 2절](formulation.md#2-geometry-방향과-접속의-의미), 독립 검토 NR-01.
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계획 문서화는 요청되었지만 이 이상화의 사용자 채택 승인은 아직 없다.
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- 상태: Accepted; 이전 초기 상태·default 검토 대기를 대체
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- 결정: t=0은 raw 초기 온도이며 미지정 값은 0이다. 첫 양의 증분에서 g를 적용한다.
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첫 RHS의 C_fc*T_c_old/delta를 보존한다. Model BC를 상속하고 같은 target의 step BC가 덮어쓴다.
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- 이유: 원래 초기 상태와 첫 증분의 열저장·반력·에너지 변화를 보존한다.
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- 영향: 각 단계 안의 동일 BC 중복은 허용하고 상충은 거부한다. Thermal override를 구조 절차에 전파하지 않는다.
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생략 BC 값은 0이며 초기값을 g로 projection하지 않는다. 순간 impulse를 별도 해상하지 않는다.
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## STH-ADR-009: Backward Euler와 고정 증분 factorization 재사용
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## STH-ADR-011: 직접 flux와 full residual 반력
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- 상태: **Proposed / 시간 적분·종료 규칙 검토 대기**
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- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 formulation·I/O 담당.
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- 제안: `A=C/Δt+K`를 구성하고 지정 온도를 elimination으로 적용한다. 일정 계수·geometry·
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구속 집합·Δt에서 factorization을 재사용한다. 전체 시간은 Δt의 정수 배로 제한하는 안을 제시한다.
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- 이유: 상수 물성·일정 입력의 단일 step을 선형 solve로 구성하고 시간 1차 수렴을 검증할 수 있다.
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- 대안·trade-off: 다른 시간 적분법은 별도 시간 오차·안정성 검토가 필요하다. 짧은 마지막
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증분을 허용하면 factorization과 fixed-Δt 의미도 달라진다. 안정성만으로 정확도를 보장하지 않는다.
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- 영향: 초기 constrained 온도 항을 포함한 RHS와 종료시간의 수치 판정을 확정한다.
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무구속 transient 모델을 정적 K의 null mode만으로 singular 판정하지 않는다.
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- 근거: [정식화 7절](formulation.md#7-backward-euler-지정-온도와-최초-증분), 독립 두 증분 검산.
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사용자는 고정 Δt를 선택했으며 BE와 정수 배 제한은 아직 수치 제안이다.
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- 상태: Accepted; 이전 recovery 검토 대기를 대체
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- 결정: q_global=-k B T를 면내 네 점×두께 여섯 trace에서 직접 복구한다.
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Global q와 local frame을 저장하며 local q를 중복 필수 저장하지 않는다.
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반력 열률은 C*DeltaT/delta+K*T-Q의 constrained 성분이고 양수는 모델로 공급되는 열이다.
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- 이유: 온도 기울기와 열저장을 포함한 반력을 서로 다른 observable로 검증한다.
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- 영향: 0-/0+와 요소 경계 값을 평균하지 않는다. Free residual·열에너지는 내부 검증 evidence다.
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Fourier flux 경계 적분으로 FE 반력을 대체하지 않는다. 초기 반력을 0이나 NaN으로 저장하지 않는다.
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## STH-ADR-010: 초기 온도 보존과 첫 증분 경계 jump
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## STH-ADR-012: Edge 분포 열입력 연기
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- 상태: **Proposed / 초기 상태·default 계약 검토 대기**
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- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 I/O·formulation 담당.
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- 제안: 입력 초기 온도를 raw `T^0`로 보존하고 첫 양의 시점부터 step 지정 온도를 적용한다.
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첫 RHS에 `C_fc(T_c^0−g)/Δt`를 유지하며 `t=0` 반력은 미정의로 구별한다.
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- 이유: 입력 상태를 조용히 덮어쓰지 않고 첫 증분의 열저장·반력·에너지 변화를 추적할 수 있다.
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- 대안·trade-off: 즉시 projection은 초기 상태와 에너지를 바꾸므로 projection jump의 저장·보고
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정책이 필요하다. 두 정책은 같은 수치 결과를 보장하지 않는다.
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- 영향: Reference의 step 전 `Set-10,11,11`과 step 내부 `Set-10,11,11,1000.`을 model/history
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데이터로 구분한다. 생략 초기 온도·boundary 값과 재정의 의미를 확인한 뒤 한 정책을 채택한다.
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- 근거: [정식화 7절](formulation.md#7-backward-euler-지정-온도와-최초-증분), 독립 검토 NR-02.
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초기 온도의 면내 지정·두께 균일성은 합의됐지만 jump 처리의 채택 승인은 아직 없다.
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- 상태: Deferred; 이전 edge kernel·syntax 제안을 대체
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- 결정: FEM-REQ-SHELL-THERMAL-011을 이번 구현에서 제외한다. Edge kernel·keyword·공개 테스트를 추가하지 않는다.
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- 이유: Ready에서 사용자가 집중 열입력만 먼저 구현하는 범위를 승인했다.
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- 영향: 이전 q_in*h*L와 edge weighting 유도는 이번 제품 계약이 아니다.
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후속 지원에는 별도 단위·부호·대상·중복 의미 및 수치 검증이 필요하다.
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## STH-ADR-011: 위치별 Fourier flux와 residual 반력 열률
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## STH-ADR-013: 입력 subset과 영속 thermal schema
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- 상태: **Proposed / recovery·영속 결과 계약 검토 대기**
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- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 formulation·I/O·numerical review 담당.
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- 제안: `q=−kBT_e`를 면내 4점 × 두께 6개 trace의 24개 위치에서 계산한다.
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중앙면의 `0−/0+`를 구별한다. 반력 열률은 `CΔT/Δt+KT−Q`의 구속 성분이며 모델 안으로의 공급을 양으로 둔다.
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- 이유: Gradient flux와 열저장을 포함한 반력은 서로 다른 물리량이다. 각 위치의 raw 값을
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유지해야 부호·열에너지 수지·경계 근처 공간 오차를 별도로 검증할 수 있다.
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- 대안·trade-off: 절점 외삽·요소 간 평균은 원자료를 바꾸고 불연속을 숨길 수 있어 필수 결과에
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포함하지 않는다. Global/local 중 저장 좌표계와 frame·trace identity는 아직 I/O 선택이다.
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- 영향: 직접 적분 54점과 recovery 24점을 혼동하지 않는다. `t=0` 초기 온도를 보존하되
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반력을 계산된 0으로 표시하지 않는다. Dataset layout·version·validity를 구현 전에 확정한다.
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- 근거: [정식화 8~9절](formulation.md#8-반력-열률-에너지와-안정성), 독립 검토 NR-05.
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온도·flux·reaction 저장은 합의됐으며 위 세부 출력 계약은 Proposed다.
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- 상태: Accepted
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- 결정: [PRD STH-C02](PRD.md#sth-c02--공개-입력-충돌과-부가-keyword)의 입력과
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[STH-C05](PRD.md#sth-c05--hdf5-외부-계약)의 schema version 1을 구현한다.
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- 이유: Domain/source identity에서 결과 row까지 재현 가능한 외부 계약을 고정한다.
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- 영향: Temperature N×5, global flux E×4×6×3, constrained reaction P를 저장한다.
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P=0도 빈 dataset을 유지하며 t=0 flux/reaction은 dataset 자체가 없다.
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지정된 no-op만 warning과 함께 허용하고 unknown keyword는 오류다.
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초기/완료 frame, mapping·units·finite 값을 atomic finalize 전에 self-check한다.
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## STH-ADR-012: 두께 균일 edge 열입력과 공개 문법
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## STH-ADR-014: Candidate 보존과 검증 evidence
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- 상태: **Proposed / 단위·syntax 미결정**
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- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 I/O 담당.
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- 제안: 계산 kernel은 edge 옆면의 면적당 유입 열유속을 적분해 총률 `q_in hL`을 보존한다.
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두 endpoint의 각 두께 가중치는 `(1,4,2,4,1)/24`다.
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- 이유: 같은 shape function을 사용한 일관 하중으로 입력·열저장·반력을 연결한다.
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- 대안·trade-off: 외부 입력이 길이당 열률이면 `q_in=λ/h`로 해석해야 하며 두께를 중복 곱하지 않는다.
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현재 공개 근거만으로 DS4의 `*DFLUX, S1…S4`를 지원한다고 선언할 수 없다.
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- 영향: 승인 가능한 keyword·대상 edge·단위·중복 application 의미를 확정해야 한다.
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문법의 미결정을 이유로 합의된 edge 기능을 삭제하거나 표면 분포 열유속으로 대체하지 않는다.
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- 근거: [계획안 5절](design-plan.md#5-열입력과-지정-온도),
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[정식화 6절](formulation.md#6-가장자리절점-열입력), 독립 검토 NR-03.
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두께 균일 edge 입력은 사용자 합의이며 외부 표현의 채택 승인은 아직 없다.
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- 상태: Accepted
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- 결정: Domain 정의, non-owning AnalysisModel, DofManager numbering, thermal mutable state를 분리한다.
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Solve/recovery/검증을 마친 candidate만 반영하고 전체 성공 후 최종 HDF5를 원자 교체한다.
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- 이유: 실패가 이전 accepted state와 기존 최종 결과를 오염시키지 않도록 한다.
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- 영향: Deterministic COO reduction과 기존 CLI/lease/exit 분류를 유지한다.
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전체 baseline을 먼저 재현하고 완료 시 전체 검사를 다시 실행한다.
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재현된 무관한 HHT temporal 실패만 별도 미해결로 둘 수 있으며 새 실패·악화를 허용하지 않는다.
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이를 전체 CTest green으로 보고하지 않는다. 열해석 필수 검증 실패는 면제되지 않는다.
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@@ -14,10 +14,10 @@
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## 계약과 작업 경계
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- 인터뷰에서 합의한 지원 범위는 PRD, 채택 상태·이유·영향은 ADR에 기록한다.
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`Proposed` 수치 방법과 독립 검토 결과를 사용자 채택 승인이나 구현 완료로 바꾸지 않는다.
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ready에서 승인한 채택 계약과 독립 검토·실제 구현 완료 evidence를 구별한다.
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- 수식 원본은 formulation, 구현 순서·코드 연결은 design-plan, 독립 지적과 검산 evidence는
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numerical-review가 소유한다. 긴 유도·검토 내용을 PRD나 이 파일에 복제하지 않는다.
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- 현재 checklist는 PRD 한 곳에 둔다. 문서 작성 요청만으로 solver 구현·외부 실행·커밋을 수행하지 않는다.
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- 현재 checklist는 PRD 한 곳에 둔다. 현재 구현은 사용자의 `dryforge:go` 요청으로 승인되었다. 외부 solver 실행·배포 권한은 포함하지 않는다.
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- 변경이 보간·물성·geometry 근사·초기 상태·적분·시간 갱신 의미를 바꾸면 관련 ADR과
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정식화를 먼저 갱신하고 필요한 독립 numerical review를 받는다. Specialist는 할당 문서만 수정한다.
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@@ -27,12 +27,12 @@
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현재 요구는 균질 단면의 온도점 5개와 면내·두께 방향 열전달이다.
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- Source DOF 11/13/15는 각각 아랫면/중앙면/윗면이다. Source DOF, 내부 equation 번호,
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온도점·적분점·flux recovery 위치를 구분한다.
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- 제안의 54개 직접 적분 위치와 24개 flux trace 위치는 서로 다르다. 중앙면의 두께
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- 검산용 54개 직접 적분 위치와 24개 flux trace 위치는 서로 다르다. 중앙면의 두께
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미분 양쪽 값을 평균하거나 요소 경계를 넘어 flux를 합치지 않는다.
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- 반력 열률은 열용량 항을 포함한 full residual로 정의하는 제안이다. Fourier flux와
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- 반력 열률은 열용량 항을 포함한 full residual로 정의한다. Fourier flux와
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반력 열률을 같은 observable로 대체하지 않는다.
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- Thin-shell 곡률 근사, 다른 두께·fold의 접속, 초기 온도 jump, edge 입력과 결과 schema는
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[PRD 미결정 계약](PRD.md#구현-전-미결정-계약)을 먼저 확인한다. 미지원 의미를 임의 default로 처리하지 않는다.
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- Thin-shell 곡률 근사, 다른 두께·fold의 접속, 초기 온도 jump와 결과 schema는
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[PRD 상세 계약](PRD.md#sth-c01--모델-geometry와-자유도)을 따른다. Edge 입력 011은 이번 구현에서 연기한다. 미지원 의미를 임의 default로 처리하지 않는다.
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- Reference는 PRD가 지정한 기존 `.inp`와 CSV를 그대로 사용한다. 음수 reference는
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roundoff로 단정하거나 clamp하지 않고 [TOLERANCE](../TOLERANCE.md)를 적용한다.
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- All-constrained와 단면 전체 end 온도 지정은 검산용 algebra/assembly fixture다.
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@@ -44,12 +44,12 @@
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| [FEATURED_AGENTS.md](FEATURED_AGENTS.md) | 메인 assistant | 지역 지침·소유권·문서 연결 |
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| [PRD.md](PRD.md) | 메인 assistant | 요구사항·제외·acceptance·현재 checklist |
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| [ADR.md](ADR.md) | 메인 assistant | 결정·제안 상태·근거와 미해결 선택 |
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| [ADR.md](ADR.md) | 메인 assistant | 채택 결정·승인 근거·이유와 영향 |
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| [design-plan.md](design-plan.md) | 메인 assistant | 방법론 요약·코드 연결·구현 순서 |
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| [formulation.md](formulation.md) | formulation-agent | 수식·geometry·보간·적분·시간 갱신·recovery |
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| [numerical-review.md](numerical-review.md) | numerical-review-agent | 독립 검산·수치 위험·검증 설계 |
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후속 I/O·구현·physics 작업의 owner는 실제 할당 시 기록한다. 필요한 PRD 항목과 관련
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I/O·구현은 design-plan의 작업별 owner에게 할당하고 physics 평가는 독립 검토자에게 할당한다. 필요한 PRD 항목과 관련
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전문 문서의 절, 수정 파일, 검증 기준을 전달하고 결과·변경 경로·미해결 항목을 반환한다.
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## 변경 확인
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@@ -1,219 +1,444 @@
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# Shell Transient Heat Transfer PRD
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# Shell Transient Heat Transfer 요구사항과 승인 계약
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- Feature ID: `shell-transient-heat-transfer`
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- Owner: 메인 assistant
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- 상태: 상세 계획을 반영한 요구사항 초안. 인터뷰 합의와 수치 제안을 구분하며 baseline 최종 검토 전이다.
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- 기록일: 2026-09-28
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- 상태: 사용자 승인 계약; 구현·검증 진행 중
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- 승인 근거: ready 인터뷰의 명시 선택, 최종 “네 승인합니다”, 후속 `dryforge:go` 실행 요청.
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기준: [프로젝트 지침](../../AGENTS.md), [프로젝트 PRD](../PRD.md),
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[공통 ADR](../ADR.md#adr-028), [ARCHITECTURE](../ARCHITECTURE.md),
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[TOLERANCE](../TOLERANCE.md). 지역 지침은 [Feature 지침](FEATURED_AGENTS.md),
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결정 근거는 [Feature ADR](ADR.md)을 따른다.
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[CODINGSTYLE](../CODINGSTYLE.md), [TOLERANCE](../TOLERANCE.md).
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지역 지침은 [FEATURED_AGENTS](FEATURED_AGENTS.md), 결정 근거는 [ADR](ADR.md),
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수식은 [formulation](formulation.md), 구현 순서는 [design-plan](design-plan.md),
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독립 수치 판정은 [numerical-review](numerical-review.md)를 따른다.
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## 제품 목적과 문서 범위
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개인 연구용 솔버가 일차 목적이며 외부 배포와 양방향 열–구조 연성은 장기 목표다.
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현재 목표는 3차원 공간의 4절점 shell에 대한 단일 step uncoupled transient heat transfer다.
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입력 의미, 열 방정식, 시간 적분, 결과 복구, HDF5 저장과 독립 검증을 함께 구현한다.
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채택 승인은 정확도 통과 evidence가 아니다. 아래는 승인된 실행 명세를 영속 문서에 반영한 계약이다.
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초기 제안 중 edge 입력 지원과 정수 배수 종료 제한은 아래 계약으로 대체한다.
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3차원 공간에 배치된 4절점 Shell의 시간에 따른 온도장과 열전달을 계산한다.
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양방향 열–구조 연성은 장기 목표이며, 이번 기능은 구조해석과 분리된 uncoupled transient
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heat transfer다. 해석 사용자는 승인된 Abaqus 입력 subset으로 모델을 정의하고, 개발·검증
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담당자는 온도·열유속·반력 열률과 열에너지 수지를 재현할 수 있어야 한다.
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## 요구사항과 경계
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이 PRD는 [상세 설계·구현 계획안](design-plan.md), [정식화 제안](formulation.md),
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[독립 수치 검토](numerical-review.md)를 연결하는 요구사항 원본이다. 현재 작업은 이 계획을
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바탕으로 `FEATURED_AGENTS.md`, `PRD.md`, `ADR.md`를 구성하는 문서 작업이며 구현 실행은 포함하지 않는다.
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`FEM-REQ-SHELL-THERMAL-`를 아래 표의 ID prefix로 사용한다. 기존 ID를 재번호화하지 않는다.
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초기의 두께 방향 균일 온도 선택은 reference 확인 후 사용자가 명시적으로 변경했다.
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현재 범위는 균질 단면의 두께 방향 온도점 5개와 면내·두께 방향 열전달을 포함한다.
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## 상태와 채택의 구분
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| 구분 | 현재 상태 | 의미 |
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| 기능 범위 | 인터뷰 합의 | 아래 001~018의 지원·제외 범위를 사용자가 선택했다. |
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| 수치 방법 | Proposed | 20 DOF 보간·K/C·적분·BE·flux recovery의 우선안을 작성했다. 문서 작성 요청을 방법별 채택 승인으로 확대하지 않는다. |
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| 독립 수치 검토 | 문서 검토·정확 산술 검산 수행 | 명시 행렬과 두 증분의 일관성 evidence가 있으며 geometry·초기 상태·I/O 선택은 남아 있다. |
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| 구현·제품 검증 | 미실행 | Solver code, build/CTest, FESA/reference 비교와 실제 결과의 physics 검증 완료를 주장하지 않는다. |
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## 사용자와 합의한 요구사항
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아래 acceptance는 확인해야 할 관찰 가능한 동작과 검증 의도다. 테스트가 실행되었거나
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정식화·I/O 세부 계약이 승인되었다는 뜻은 아니다.
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| ID | 요구사항 | Acceptance intent |
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| --- | --- | --- |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-001 | 구조 변위와 연성하지 않는 과도 열전달 해석을 제공한다. | 구조해석 없이 초기 온도에서 시간별 열해석 결과를 생성한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-002 | 3차원 공간의 4절점 사각형 Shell을 지원한다. | 평판·접힌 판·곡면 mesh의 열전달과 모델 회전에 대한 결과 변환을 검증한다. 허용 요소 왜곡은 후속 계약에서 정한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-003 | 모든 단면에 두께 방향 온도점 5개를 사용하고 면내·두께 방향 열전달을 계산한다. | 두께 방향으로 온도가 달라지는 독립 사례와 균일 온도 사례를 구분하여 확인한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-004 | 각 단면은 두께 전체에 동일한 재료를 사용하는 균질 단면이다. | 적층 단면은 지원 범위에 포함하지 않는다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-005 | 열전도율·밀도·비열은 온도에 무관한 상수이며 열전도율은 등방성이다. | 상수 물성의 전도·열저장 응답을 검증하고 온도 의존·이방성 입력은 지원으로 해석하지 않는다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-006 | 여러 재료를 정의하고 요소 집합별로 배정할 수 있다. | 재료 배정과 서로 다른 물성 영역 사이의 열전달을 확인한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-007 | 요소 집합별 두께를 지원하며 각 요소 내부의 두께는 일정하다. | 서로 다른 두께가 전도·열저장·가장자리 열입력에 반영되는지 검증한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-008 | 초기 온도는 절점 또는 절점 집합별로 지정할 수 있다. | 비균일 면내 초기 온도를 읽고 해당 절점의 5개 두께 방향 온도점에 같은 값을 적용한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-009 | 아랫면·윗면에 각각 독립적인 지정 온도를 적용한다. | 한쪽 면만 구속한 경우와 두 면에 서로 다른 온도를 구속한 경우를 확인한다. 내부 온도점 지정 온도는 제외한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-010 | 절점 집중 열입력은 아랫면·윗면 온도점에 각각 독립적으로 적용한다. | 선택한 면의 열입력이 조립·열에너지 수지에 반영되는지 확인한다. 내부 온도점 직접 입력은 제외한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-011 | Shell 가장자리에 두께 전체로 균일하게 분포하는 열입력을 적용한다. | 대상 edge, 두께 방향 분포와 총 열률의 일관성을 독립 적분값으로 확인한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-012 | 지정 온도와 열입력은 해석 중 일정하다. | 시간 이력 표·진폭 함수에 의한 변화 없이 초기 온도에서 과도응답을 계산한다. 시작 시점의 적용 의미는 후속 계약에서 명시한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-013 | 사용자가 전체 해석 시간과 고정 시간 증분을 지정한다. | 지정된 시간 격자와 종료 시점을 확인한다. 나누어떨어지지 않는 종료 시간의 처리는 후속 계약에서 명시한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-014 | 온도, 요소 열유속, 지정 온도 경계의 반력 열률을 필수 결과로 제공한다. | 온도점·열유속 위치와 성분·반력 열률의 물리적 의미를 확인한다. 두께 방향 범위 확대에 따른 열유속 성분은 후속 출력 계약에서 명시한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-015 | 모든 시간 증분의 결과를 HDF5로 저장하고 초기 온도 분포도 보존한다. | 입력의 lexical sibling인 `<stem>_results.h5`에서 초기 온도와 완료 증분별 결과·시간·source identity를 확인한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-016 | 기존 reference CSV의 `Step-1`, `t=37`, `NT11`을 외부 비교 대상으로 한다. | source node와 두께 위치·시점을 대응시킨 뒤 공통 tolerance 정책을 적용한다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-017 | 외부 CSV에 없는 결과도 독립적으로 검증한다. | 해석해·열에너지 수지·시간 및 공간 수렴성으로 전체 온도 이력, 내부 온도, 열유속과 반력 열률을 검증한다. 추가 Abaqus CSV 확보를 필수 조건으로 삼지 않는다. |
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| FEM-REQ-SHELL-THERMAL-018 | 하나의 transient step만 지원한다. | 초기 온도와 일정한 경계조건·열입력으로 지정 시간까지 계산하고, 여러 해석 step의 입력은 지원 범위 밖으로 진단한다. |
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## 제외 범위
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- 열–구조 순차 연계와 양방향 연성, 변형에 따른 열전달 변화
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- 3절점 요소, 적층 단면, 이방성·온도 의존 열물성
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- 대류·복사·내부 발열, Shell 윗면·아랫면에 직접 적용하는 분포 열유속
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- 두께 방향 비균일 초기 온도, 내부 온도점의 지정 온도·집중 열입력
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- 두께 방향 비균일 가장자리 열입력, 절점별 가변 두께
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- 사용자 선택 두께 방향 온도점 수, 자동 시간 증분, 시간 변화 경계조건·열입력
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- 여러 해석 step 및 step 사이의 온도 상태 전달·경계조건 변경
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- Abaqus 내부 요소·적분·열용량 처리·결과 생성 절차의 동등성
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면의 온도점에 적용하는 절점 집중 열입력은 지원하며, 면적에 걸쳐 적용하는 분포 표면
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열유속은 제외한다. 두 입력을 혼동하지 않는다.
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## Reference 정적 관찰
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사용자가 지정한 논리적 경로는 `reference/shell-thermal`이다. 2026-09-28 확인 시
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현재 `ThermalAnalysis` worktree에는 없고 동일 저장소의 `dev` checkout에서 다음 원본을
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읽었다. 원본 복사·수정·solver 실행은 수행하지 않았다.
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| Artifact | 확인한 내용 |
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| ID | 구현할 동작 |
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| --- | --- |
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| `reference/shell-thermal/shell-thermal.inp` | `DS4` 676개, 절점 729개, instance `Part-1-1`, 단일 재료, `*Shell Section` 데이터 `0.5, 5` |
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| 같은 `.inp`의 재료 | Conductivity `54`, Density `7850`, Specific Heat `460`. 입력 숫자만 기록하며 단위계를 추정하지 않는다. |
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| 같은 `.inp`의 step | `*Heat Transfer, end=PERIOD`와 `1., 100., , ,`; `Set-10, 11, 11, 1000.` 지정 온도. 명시적인 초기 온도·집중 열입력·가장자리 열입력은 없다. |
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| 같은 `.inp`의 step 전 경계 | `*Boundary`의 `Set-10, 11, 11`이 존재한다. 생략된 값과 step 내부 재지정의 의미를 I/O에서 확인하며 model-level 경계를 무시하지 않는다. |
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| `reference/shell-thermal/shell-thermal NodalTemperature.csv` | `Step`, `Frame`, `Node Label`, `NT11`; `Step-1`, `Increment 37: Step Time = 37.00`의 729행. 다른 시간·열유속·반력 열률은 없다. |
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| 001 | 구조해석과 분리된 과도 열전달 procedure |
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| 002 | 3차원 공간의 DS4 4절점 shell; 평판·유효한 warped patch·곡면 mesh·접힌 판 |
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| 003 | 절점마다 두께 온도점 5개, 면내와 두께 방향 전도 |
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| 004 | 단면 전체가 같은 재료인 centered homogeneous shell |
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| 005 | 상수 등방성 양의 유한 열전도율 k, 밀도 rho, 비열 c |
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| 006 | 요소 집합별 서로 다른 재료 |
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| 007 | 요소 집합별 양의 유한 두께 h; 요소 내부에서는 일정 |
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| 008 | 절점/절점 집합의 초기 온도; 동일 절점의 5점에는 같은 값 |
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| 009 | 아랫면·윗면의 독립적인 지정 온도 |
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| 010 | 아랫면·윗면의 독립적인 절점 집중 열입력 |
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| 011 | **이번 구현에서 연기:** 모서리 분포 열입력. Kernel·keyword·공개 테스트 지원을 추가하지 않음 |
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| 012 | 지정 온도와 열입력은 step 중 일정 |
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| 013 | 사용자 지정 총 시간과 기본 시간 간격; 마지막 증분만 필요 시 단축 |
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| 014 | 온도·요소 전역 열유속·지정 온도점의 반력 열률 |
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| 015 | 초기 온도와 모든 완료 증분을 공식 HDF5에 저장 |
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| 016 | 원본 reference Step-1, t=37, NT11의 필수 외부 비교 |
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| 017 | 전체 온도·flux·반력에 대한 해석해·수지·시간 및 공간 수렴 검증 |
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| 018 | 하나의 transient step만 지원 |
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CSV에는 instance 열이 없으므로 `.inp`의 단일 instance로 row identity를 복원할 수 있는지
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I/O 단계에서 명시적으로 검증한다. 파일명·행 순서만으로 다중 instance를 추정하지 않는다.
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이 사례 하나로 다중 재료·두께, 가장자리·집중 열입력 또는 전체 시간 이력의 coverage를 주장하지 않는다.
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독립 검토의 CSV 정적 통계에서 729개 label이 고유하고 값이 유한했으며 NT11 범위는
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`[-15.5742216, 1000]`이었다. 초기 경계 급변·공간 이산과 관련된 undershoot 가능성을
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조사해야 하며 reference 음수를 단순 roundoff로 취급하지 않는다.
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추가 상세 계약은 이 문서의 `STH-C01`–`STH-C08`이다. 위 요구사항의 구체화이며 별도 기능을
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추가하지 않는다. 제외: 열–구조 연성, 삼각형, 적층, 이방성·온도 의존 물성, 잠열,
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대류·복사·내부 발열, 윗면/아랫면 분포 열유속, 모서리 분포 입력, 두께 비균일 초기 온도,
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내부 온도점 직접 BC/CFLUX, 절점별 두께, 사용자 선택 온도점 수, 시간 이력·amplitude,
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적응 시간 간격, 여러 step, restart, Abaqus 내부 정식화 동등성.
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Abaqus의 공개 열전달 Shell 규약에서 자유도 11은 아랫면, 5개 온도점 단면의 13은 중앙면,
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15는 윗면에 해당한다. 기하학적 절점 위치와 온도 자유도의 두께 위치는 구별한다.
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[Abaqus 문서: Heat Transfer Shell Elements](https://docs.software.vt.edu/abaqusv2025/English/SIMACAEELMRefMap/simaelm-c-shellelem.htm).
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원본은 CAE 2024 생성 표시가 있으며 공개 의미 확인에는 접근 가능한 2025 문서를 사용했다.
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## STH-C01 — 모델, geometry와 자유도
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## 제안하는 계산 방법과 상세 계획
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### Source 의미
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아래는 사용자가 선택한 기능 범위를 구현할 수 있도록 작성한 수치 방법 제안이다.
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인터뷰로 확정한 요구사항과 구분하며 최종 채택 승인을 받은 것으로 기록하지 않는다.
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- Shell geometry 절점은 midsurface에 있다. Source DOF `[11,12,13,14,15]`는 각각
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`zeta=[-1,-1/2,0,1/2,1]`이며 11은 bottom, 13은 midsurface, 15는 top이다.
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- 요소 절점 순서는 자연좌표 `(-1,-1),(1,-1),(1,1),(-1,1)`이다. 요소 로컬 DOF는
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node-major `p=5*(i-1)+a`, i=1..4, a=1..5의 20개다.
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- Source instance/label, Domain index, full DOF, equation index는 서로 다른 identity다.
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집합을 전개해도 source row와 target identity를 진단까지 보존한다.
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- 모든 열 방정식은 활성 DS4에 연결된 온도 DOF에 대해 구성한다. 비활성/미연결 절점을
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열 방정식에 넣어 0 용량 행을 만들지 않는다. 그런 절점을 명시적으로 대상으로 하는 열
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initial/BC/load는 유효한 열 target이 아니므로 모델 오류다. 일반 source model의 미사용
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절점은 보존할 수 있으며 결과의 활성 절점 mapping으로 구분한다.
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- 한 열해석 모델에 structural B33/S4/S4R 또는 coupled 요소를 혼합하지 않는다.
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각 DS4에는 정확히 하나의 shell section과 thermal material이 연결되어야 한다.
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Section 중복 지정은 값이 같아도 오류이며, set 내부의 동일 member는 한 번만 전개한다.
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- 면내 Q4와 두께 두 구간의 C0 2차 보간으로 요소당 온도 자유도 20개를 구성한다.
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- 실제 3차원 midsurface의 metric과 법선을 이용해 `∇T=B T_e`를 구성한다.
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Thin-shell product-domain 근사와 접힌 판·다른 두께의 normalized-station 접속 의미를 명시한다.
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- `K_e=∫BᵀkB dV`, `C_e=∫ρcHᵀH dV`를 사용한다. 두께의 명시 Z 행렬과
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면내 3×3 Gauss 적분을 조합하고 직접 54점 적분으로 검산한다.
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- Backward Euler의 `(C/Δt+K)T^(n+1)=Q+C T^n/Δt`를 free/constrained 공간으로
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분할한다. 첫 증분의 이전 constrained 온도 항까지 보존하고 고정 계수 factorization을 재사용한다.
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- `q=−kBT_e`로 면내·두께 방향 열유속을 직접 계산한다. 면내 4점과 두께 6개 trace의
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총 24개 위치를 제안하며 중앙면의 양쪽 flux를 구별한다.
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- 반력 열률은 `C(T^(n+1)−T^n)/Δt+K T^(n+1)−Q`의 구속 성분에서 계산한다.
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### Geometry와 접속
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[계획안](design-plan.md)은 각 선택의 이유, 단계별 수정 파일과 검증을,
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[정식화](formulation.md)는 shape function·미분·행렬·적분·에너지 수식의 원본을 소유한다.
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기존 `Element`/`DofManager`의 구조 자유도 전제를 확인했으며 별도 thermal kernel/state와
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DOF layout 확장이 필요하다. 구체적인 수치 제안·I/O 의미·geometry 허용 범위를 검토한 뒤 구현한다.
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`r=sum(N_i*x_i)`, `a1=r_,xi`, `a2=r_,eta`, `g=A^T A`, `A=[a1,a2]`,
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`Js=|a1 cross a2|`, `n=(a1 cross a2)/Js`를 평가점별로 사용한다.
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Warped 요소를 중심 평면에 투영하지 않는다.
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## 입력·결과 계약의 범위
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`grad_s(N_i)=A*g^-1*[N_i,xi,N_i,eta]^T`,
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`grad_*T=grad_s(T)+n*(2/h)*T_,zeta`, `dV*=Js*(h/2)*dxi*deta*dzeta`다.
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실제 offset surface의 곡률에 따른 metric·면적 변화는 포함하지 않는다.
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이는 두께 방향 등온 가정이 아니다. 얇은 shell product-domain 모델의 한계를 문서화하며,
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큰 h/곡률 또는 초기 두께 경계층에 대한 정량 정확도를 검증 없이 보장하지 않는다.
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입력의 topology·material·section·load·boundary·step은 Domain에 보존하고, 실행 view와
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mutable thermal state를 분리한다. `DS4`, `*SHELL SECTION`, 열물성과 `*HEAT TRANSFER`를
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읽는 것만으로 기능 완료를 선언하지 않는다. Source label/instance는 방정식과 결과까지 보존한다.
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공유 source node의 같은 normalized zeta 온도는 공유한다. 서로 다른 두께에서도 같으며,
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실제 물리 z 좌표 일치, 접촉 열저항, 접합부의 유한 부피·추가 용량을 의미하지 않는다.
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접힌 판·두께 단차의 국소 3D 전도장은 이번 모델의 해상 대상이 아니다.
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| 물리량·입력 | 의미와 위치 | 단위 차원·확정 상태 |
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| --- | --- | --- |
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| 온도 | 절점마다 두께 위치 5개, initial 및 모든 완료 증분 | Temperature. 값의 단위계를 추정하지 않는다. |
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| 열전도율·밀도·비열 | 요소 집합이 참조하는 상수 재료 | Power/(length·temperature), mass/volume, energy/(mass·temperature) |
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| 절점 집중 열입력 | 아랫면 또는 윗면 온도점의 입력 | Power. 면적이나 두께를 중복 곱하지 않는 제안 |
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| 가장자리 열입력 | 두께 전체에 균일한 edge 입력 | 외부 단위·syntax 미확정. 계산안의 면적당 flux는 power/area, 적분 후 총 열률은 power |
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| Heat flux | 요소별·면내 위치·두께 trace·component·시점 | Power/area. 제안은 24개 trace 위치, global/local 저장 선택은 미확정 |
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| 반력 열률 | 지정 온도 자유도·시점 | Power. 제안은 모델 안으로 공급되는 열을 양으로 정의 |
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| 열에너지·free residual | 검증 evidence | Energy / power. 별도 필수 공개 dataset으로 추가 승인된 것은 아님 |
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Topology는 방향이 일관된 manifold shell 표면이다. 하나의 edge에 최대 두 요소가 접속하고
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공유 edge를 따라 절점 순서는 반대여야 한다. 불일치는 오류이며 자동으로 뒤집지 않는다.
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T자 분기 edge, vertex-only 접합과 nonmanifold vertex fan은 거부한다.
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분리된 여러 shell 영역은 허용하며 좌표만 같은 서로 다른 source node를 자동 병합하지 않는다.
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서로 다른 instance도 명시적인 공유 source identity가 없으면 연결되지 않는다.
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공식 출력은 입력 경로의 lexical sibling인 `<stem>_results.h5`다. Dataset layout·schema
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version·초기 frame validity·좌표계는 I/O 계약에서 정한다. `t=0` 초기 온도 저장을
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시간 차분이 없는 반력 열률의 계산 완료로 표시하지 않는다.
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유한 좌표, 서로 다른 4절점, 양의 Js와 비특이 metric, 자기 교차 없는 patch를 요구한다.
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적분점 몇 곳의 검사만으로 전체 patch 유효성을 증명했다고 하지 않는다.
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Roundoff를 고려한 전체 patch의 유효성 판정과 geometry 오차 분리는 STH-C07의 선행
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수치 계약 작업에서 고정한다. 양의 작은 Jacobian을 clamp하거나 구조 shell의 drilling/
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director/두께 비율 제한을 검토 없이 전용하지 않는다.
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## 검증 기준과 후속 계약 경계
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## STH-C02 — 공개 입력, 충돌과 부가 keyword
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외부 `NT11` 비교는 [TOLERANCE](../TOLERANCE.md)의 공통 정책을 적용한다. Row identity,
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필수 component·시간·두께 위치의 대응과 missing·extra·duplicate·nonfinite 사전검사를
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tolerance 전에 수행한다. 음수 reference를 zero-clamp하거나 결과에 맞춰 보정하지 않는다.
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공통 ASCII·대소문자·source ordering·single physical file·part/identity-instance·set 규칙은
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[공통 입력 계약](../contracts.md)의 기존 계약을 따른다. 열 입력의 추가 subset은 다음과 같다.
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독립 검증은 최소한 균일 온도 보존, 열입력·열저장·반력 열률의 에너지 수지, 면내 및
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두께 방향의 해석 가능한 전도 사례, 열유속·반력의 부호, 시간 및 공간 수렴성을 다룬다.
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구체적인 사례·mesh·시간 간격·판정 기준은 정식화와 독립 numerical review에서 확정한다.
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외부 비교 tolerance를 내부 에너지 수지나 수렴성 기준으로 대신 사용하지 않는다.
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| 입력 | 허용 형식과 의미 |
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| --- | --- |
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| `*ELEMENT, TYPE=DS4` | 4절점; 기존 선택적 ELSET 및 topology 구문 사용 |
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| `*SHELL SECTION, ELSET=..., MATERIAL=...` | 단일 row `h` 또는 `h,5`; 온도점 수 생략은 5. 명시 값은 5만 허용; offset/composite/nodal thickness 제외 |
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| `*CONDUCTIVITY` | parameter 없는 상수 k 한 row; 선택적 마지막 빈 field 하나 허용 |
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| `*DENSITY` | 기존 상수 rho 구문; 양의 유한 값 |
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| `*SPECIFIC HEAT` | parameter 없는 상수 c 한 row; 선택적 마지막 빈 field 하나 허용 |
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| `*INITIAL CONDITIONS, TYPE=TEMPERATURE` | model-level, `node-or-nset,T`; 각 target의 5점에 같은 유한 T |
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| `*BOUNDARY` | model 또는 step, `target,dof,dof[,T]`; dof는 11 또는 15, T 생략은 0 |
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| `*CFLUX` | step-level, parameter 없이 `target,dof,P`; dof 11 또는 15, 유한한 signed P |
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| `*STEP` | 기존 NAME, INC; NLGEOM은 생략 또는 NO, PERTURBATION 제외 |
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| `*HEAT TRANSFER` | END 생략 또는 PERIOD; 한 row `dt,T_end` 뒤 최대 3개의 빈 field 허용 |
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| `*END STEP` | 단일 step 종료 |
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정식화·계획안에서 제시한 방안은 아직 사용자 미승인이다. 다음 계약은 제안을 검토하여
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확정할 필요가 있으며 기존 인터뷰 범위를 조용히 변경하지 않는다.
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추가 material temperature/field columns, ANISOTROPIC/ORTHOTROPIC, STEADY STATE,
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DELTMX, 시간증분 최소/최대의 명시 숫자, OP/AMPLITUDE 등 미지원 option은 거부한다.
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`*BOUNDARY`의 11..15 범위 표기는 내부 station을 포함하므로 거부한다.
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물성·두께·시간은 양의 유한 값이며 온도는 signed finite scalar다. 섭씨/절대온도 단위를
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숫자로 추정하지 않는다. Reference 파일의 상수 값을 변환하지 않는다.
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- 정식화: 곡면·왜곡 geometry의 허용 범위, 서로 다른 두께 단면의 접속 의미, 온도 보간,
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면내·두께 적분, 열용량 행렬, 시간 적분법, 초기/지정 온도 적용 순서와 반력 열률 정의
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- I/O: 승인 keyword subset, edge 열입력의 단위·부호·대상 표기, 생략된 초기 온도 등 default,
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중복/상충 집합 진단, source identity, 열유속 위치·좌표계·성분, 초기 상태와 증분의 HDF5 schema
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- Numerical Review: reference frame 대응과 comparison family, analytical/invariant 사례와
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각 판정 기준, 고정 5개 온도점 조건에서의 공간 수렴성·두께 해상도 한계
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- 구현 전 runtime 계약: 별도 thermal procedure/state, 실패 candidate와 기존 최종 HDF5 보존,
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deterministic assembly·결과 순서, 기존 구조해석의 회귀 검증 범위
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미지정 초기 온도는 0이다. 같은 초기 선언에서 집합이 겹치면 동일 값은 허용하고 다른
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값은 오류다. BC는 model 단계와 step 단계 각각에서 target을 완전히 전개하여 충돌을
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확인한 뒤 step의 값이 동일 node/DOF에 대한 model 값을 덮어쓴다. 각 단계 안의 동일
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값 중복은 허용하며 다른 값은 오류다. 이 override는 thermal에만 적용한다.
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## 기능 완료 기준
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집중 입력은 source row 순서로 더한다. 양수 P는 모델 안으로 공급되는 열률이며 음수는
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열 제거다. P에 h·면적·shape weight를 곱하지 않는다. 지정 온도와 겹치는 입력도 full Q에
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유지하여 반력에 반영한다. 온도 또는 열입력이 지정되지 않은 외부 경계는 자연 단열이다.
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| 검증 묶음 | 요구사항 연결 | 필요한 evidence |
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| --- | --- | --- |
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| 입력과 모델 의미 | 001~013, 018 | 양성 입력의 semantic mapping과 미지원·상충·불량 값 진단; pre-step boundary와 단일 transient step 구분 |
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| Element·조립 | 002~007, 010~011 | Shape·K/C·edge 일관 하중 검산, source DOF scatter, 결정적인 조립·결과 순서 |
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| 시간 적분과 물리 | 008~013, 017~018 | 초기 경계 불일치, 해석해·에너지 수지·시간/공간 수렴, 실패 candidate 보존 |
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| 결과와 저장 | 014~015 | 모든 온도점·완료 증분, flux trace, reaction의 identity·단위·좌표계 및 HDF5 round trip·실패 보존 |
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| 외부 비교 | 016 | 원본 NT11 t37 row 대응 사전검사와 공통 tolerance의 blocking 비교 |
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| 통합 회귀 | 전체 | 구성된 MSVC x64 Debug build/CTest, 신규 warning 없음, 영향받는 구조해석 회귀와 독립 검토 결과 |
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Reference에 있는 다음 부가 구문만 열 procedure의 no-op으로 허용한다. Data row가
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필요 없는 구문에 data를 추가하거나 미지원 option을 붙이면 오류다. 허용한 각 no-op
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block에 source 위치를 갖는 warning을 하나씩 남기며 필수 결과를 줄이지 않는다.
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단일 kernel 통과, reference 한 시점의 일치 또는 문서의 정확 산술 검산만으로 위 묶음을
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대체하지 않는다. 검증 상세는 [계획안 9~11절](design-plan.md#9-구현-순서와-각-단계의-완료-조건)과
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[독립 검토 3절](numerical-review.md#3-구현-후-반증-가능한-검증-계획)을 따른다.
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- `*PREPRINT, ECHO=NO, MODEL=NO, HISTORY=NO, CONTACT=NO`.
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- `*RESTART, WRITE, FREQUENCY=0`: restart 파일을 생성하지 않는다.
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- `*OUTPUT, FIELD, VARIABLE=PRESELECT` 및 `*OUTPUT, HISTORY, FREQUENCY=0`.
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Child NODE/ELEMENT OUTPUT 및 그 밖의 output 설정은 제외한다.
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- 하중이 참조하지 않는 assembly `*SURFACE, TYPE=ELEMENT, NAME=...`:
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기존 target 및 SPOS/SNEG facet 의미를 검증하고 보존하되 열하중으로 사용하지 않는다.
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- Model-level `*PHYSICAL CONSTANTS, ABSOLUTE ZERO=<finite>`:
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이번 상수 물성·비복사 모델에서 온도 변환이나 에너지 영점 이동에 쓰지 않는다.
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## 구현 전 미결정 계약
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Unknown/unsupported keyword를 일반적으로 무시하는 fallback은 없다.
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| 항목 | 우선 제안·남은 선택 | 결정·상세 계약 owner | 근거 |
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## STH-C03 — 행렬과 시간 적분
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두께는 `[-1,0]`, `[0,1]`의 C0 quadratic 구간 둘로 구성한다. 각 구간에서
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`s=2*zeta+1` 또는 `s=2*zeta-1`로 두고
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`l=[s(s-1)/2, 1-s*s, s(s+1)/2]`를 각각 station `(1,2,3)`과 `(3,4,5)`에 놓는다.
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`dL/dzeta=2*dl/ds`이며 중립면의 온도는 하나지만 미분의 두 trace는 별도다.
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`H_ia=N_i*L_a`, `B_ia=L_a*grad_s(N_i)+n*N_i*(2/h)*L_a,zeta`다.
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```text
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M_ij = integral_surface N_i N_j dA
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S_ij = integral_surface grad_s(N_i) dot grad_s(N_j) dA
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Z0_ab = integral_-1^1 L_a L_b dzeta
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Z1_ab = integral_-1^1 L_a,zeta L_b,zeta dzeta
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C_e = rho*c*(h/2) * (M tensor Z0)
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K_e = k * [(h/2)*(S tensor Z0) + (2/h)*(M tensor Z1)]
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Z0_segment = [[4,2,-1],[2,16,2],[-1,2,4]] / 30
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||||
Z1_segment = [[7,-8,1],[-8,16,-8],[1,-8,7]] / 3
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```
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각 segment의 3×3 행렬을 공유 station 3에 조립한다. 면내 production 적분은 3×3
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Gauss, 두께는 위 exact Z다. 동일 보간의 직접 54점 적분과 교차 검산한다.
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Affine 평판의 exact 면내 2×2 검산과 production 규칙을 혼동하지 않는다.
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Structural 질량을 C로 재사용하지 않으며 lumping, reduced integration, hourglass,
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인공 확산·온도 clamp를 추가하지 않는다. Consistent C는 급변 BC에서 undershoot를
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만들 수 있으므로 온도 범위 초과만으로 성공/실패를 결정하지 않는다.
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기본 dt>0, 총 시간 T_end>0에서 종료까지의 증분을 구성한다. 마지막 구간이 남으면 그
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길이 delta로 단축한다. dt>T_end이면 delta=T_end인 한 증분이다. 적응 제어는 없다.
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일반 시점은 누적 덧셈 대신 n*dt로 만들고 마지막 저장 시점은 입력 T_end다.
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정수 배수의 부동소수점 표현 오차 때문에 거의 0인 가짜 증분을 만들지 않는다.
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시간 비교의 roundoff bound는 입력·곱셈·나눗셈 연산을 근거로 STH-C07에서 고정한다.
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정상 간격과 표현 오차 수준에서 같은 마지막 간격에는 같은 계수를 사용하며, 실제로
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단축된 마지막 간격은 모든 방정식·반력·에너지에 동일한 delta를 사용한다.
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시점이 유한하고 엄격히 증가해야 하며 표현할 수 없는 격자는 진단으로 거부한다.
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INC는 기존 STEP 기본 100 또는 명시 양의 uint32다. 필요한 완료 증분 수가 INC를
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넘으면 실행 전에 오류로 처리하며 중간 결과를 성공 결과로 저장하지 않는다.
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각 증분의 Backward Euler 식은 다음과 같다.
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```text
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A = C/delta + K
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A_ff*T_f_new = Q_f + C_ff*T_f_old/delta + C_fc*T_c_old/delta - A_fc*g_new
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T_c_new = g_new
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```
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입력 초기 T_raw를 t=0에 보존하며 첫 old state로 그대로 쓴다. t=0에 g로 projection하지
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않는다. 따라서 첫 증분의 `C_fc*(T_c_old-g_new)/delta`는 생략할 수 없다.
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이 정책은 초기 불연속을 첫 유한 증분에 반영하며 순간 impulse를 해상한다는 뜻은 아니다.
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동일 계수의 A_ff factorization은 재사용하고 마지막 delta가 바뀌면 다시 구성·분해한다.
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무구속 단열 모델도 C가 양정치여서 transient A는 양정치다. 연결 component별 K의 상수
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null mode를 과도계의 singular error로 오인하지 않는다. Generic 0×0 free partition은
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solve 없이 처리하되 공개 입력은 내부 station을 구속하지 못하므로 all-constrained는
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algebra fixture로만 검증한다.
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## STH-C04 — 열유속, 반력과 수지
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각 완료 온도장으로 `q_global=-k*B*T_e`를 직접 평가한다. 단위 차원은 power/area다.
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`e1=a1/|a1|`, `e2=n cross e1`, `R=[e1,e2,n]`이고 후처리 local 성분은 `R^T*q_global`다.
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Local q3는 bottom에서 top으로 흐를 때 양수다. Local 성분을 중복 필수 저장하지 않는다.
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면내 점 순서는 `(-g,-g),(g,-g),(g,g),(-g,g)`, g=1/sqrt(3)이다.
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각 점에서 두께 순서는 `(-1,+),(-1/2,interior),(0,-),(0,+),(1/2,interior),(1,-)`로
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고정한다. 총 24개/요소다. 부호는 해당 두께 위치로 접근하는 쪽이며 바깥 법선 부호가 아니다.
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중립면 양쪽, 재료 경계와 인접 요소의 값을 평균하지 않는다. Nodal smoothing/extrapolation을
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공식 flux로 추가하지 않는다. Point source 부근의 mesh 독립적인 유한 flux를 보장하지 않는다.
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```text
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r = C*(T_new-T_old)/delta + K*T_new - Q
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reaction = r의 constrained 성분 [power, 양수: 모델에 공급]
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free residual = r의 free 성분 [내부 검증 evidence]
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DeltaE = 1^T*C*(T_new-T_old) [energy]
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DeltaE = delta*(sum(Q)+sum(reaction)+sum(free residual))
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```
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물리 수지 defect와 free residual 크기를 별도로 검사한다. 위 등식이 대수적으로 맞는다는
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사실만으로 free equation 정확도를 주장하지 않는다. 에너지 영점을 자동 추정하지 않으며
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온도 기준 이동에 대한 에너지 변화의 불변성을 검사한다. Fourier flux의 경계 적분은
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일반적으로 FE 반력과 같지 않으며 반력 대신 사용하지 않는다. BE의 C-norm 소산도
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실제 열에너지 보존과 별도 검증한다. t=0 반력은 미정의다.
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## STH-C05 — HDF5 외부 계약
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CLI는 기존 `fesa.exe <model.inp>`이고 output은 lexical sibling `<stem>_results.h5`다.
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새 thermal 형식은 기존 structural 형식을 변경하지 않는다. 아래 모든 필드는 mandatory다.
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F64/U64/U8/I8은 고정 폭 little-endian, 문자열은 UTF-8다. Compound는 field/type/extent로
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읽으며 메모리 padding을 계약으로 삼지 않는다. Float 결과는 모두 finite다.
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### Metadata와 model
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`/metadata` scalar attributes:
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| 이름 | 값/형식 |
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| --- | --- |
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| schema_version | U64, 1 |
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| feature_id | `shell-transient-heat-transfer` |
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| analysis_procedure | `uncoupled-transient-heat-transfer` |
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| source_step_name | 입력의 원문 step 이름, 생략 시 Step-1 |
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| solver_version | 기존 build version |
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| source_input_identity | 실제 읽은 입력 byte의 기존 identity 계약 |
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| unit_system_label | `user-consistent-unspecified` |
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| internal_formulation | `FESA-Q4-P2x2-thermal-shell` |
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| integration_rule | `surface-3x3-gauss; thickness-exact-P2x2` |
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| time_integration | `backward-euler` |
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| nominal_time_increment | F64, 입력 dt |
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| time_period | F64, 입력 T_end |
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Model의 기본 row 순서는 기존 Domain의 stable source declaration/instance expansion 순서다.
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| Dataset | Shape/field와 의미 |
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| --- | --- |
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| `/model/nodes` | 기존 node compound: internal_node_id U64, instance_name/string, source_label/string, coordinates F64[3] |
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| `/model/elements` | thermal DS4 row: internal_element_id U64, instance_name/string, source_label/string, source_element_type=`DS4`, internal_formulation/string, node_internal_ids U64[4], shell_section_internal_id U64, material_internal_id U64 |
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| `/model/thermal_materials` | internal_material_id U64, name/string, conductivity F64, density F64, specific_heat F64 |
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| `/model/shell_sections` | internal_section_id U64, source_file/string, source_line U64, source_elset/string, material_internal_id U64, thickness F64 |
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| `/model/thermal_node_ids` | U64[N], 활성 온도 절점의 internal_node_id, 원래 node 순서를 유지 |
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| `/model/thermal_element_ids` | U64[E], flux 요소 행에 대응하는 internal_element_id, 원래 element 순서 유지 |
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| `/model/temperature_dofs` | U64[5]=[11,12,13,14,15] |
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| `/model/temperature_zeta` | F64[5]=[-1,-0.5,0,0.5,1] |
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| `/model/thermal_constraint_mask` | U8[N,5], free=0/constrained=1 |
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| `/model/thermal_reaction_dofs` | compound[P]: internal_node_id U64, source_dof U64; mask의 1인 항목을 thermal node 행/DOF 순서로 나열 |
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| `/model/thermal_flux_inplane_coordinates` | F64[4,2], 위 xi/eta 순서 |
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| `/model/thermal_flux_zeta` | F64[6]=[-1,-0.5,0,0,0.5,1] |
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| `/model/thermal_flux_trace_side` | I8[6]=[1,0,-1,1,0,-1]; 0=interior, +/-1=위의 접근 방향 |
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| `/model/thermal_flux_local_frames` | F64[E,4,3,3], 마지막 두 축은 global component와 local axis; R의 열이 e1,e2,n |
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ID는 해당 model table에 존재해야 하며 중복·누락 mapping은 self-check 실패다.
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Reaction mapping은 source DOF 11/15만 포함한다. P=0이면 길이 0인 dataset을 유지한다.
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Material/section의 source provenance는 기존 모델 writer convention을 보존한다.
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Structural elastic E/nu나 displacement mask를 thermal material/DOF 대신 기록하지 않는다.
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### Frames
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Storage slot은 `/steps/Step-1`로 고정하며 실제 step 이름은 metadata로 구별한다.
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`/steps/Step-1/accepted_frames`는 compound[N_step+1]이고 field는
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`frame_index U64`, `increment_index U64`, `time F64`, `time_increment F64`, `is_initial U8`다.
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Frame/index는 0..N_step이고 서로 같다. 초기 행은 time=0, time_increment=0, is_initial=1,
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나머지는 완료 시간과 해당 방정식에 사용한 양의 delta, is_initial=0이다.
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각 `/steps/Step-1/frames/<decimal-index>` group에도 위 다섯 scalar attribute를 저장한다.
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| Frame 상대 경로 | Shape | 초기 frame | 완료 frame |
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| --- | --- | --- | --- |
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| 보간·행렬·적분 | Q4×두 P2 구간, consistent C, 면내 3×3·두께 exact Z의 채택 | 메인/사용자, formulation·numerical review | STH-ADR-007 |
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| Geometry·접속 | Thin-shell 곡률 근사와 normalized station 접속의 적용 범위·퇴화 기준 | 메인/사용자, formulation·numerical review | STH-ADR-008, NR-01 |
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| 시간 제어 | Backward Euler 및 종료시간을 Δt 정수 배로 제한할지 | 메인/사용자, formulation·I/O | STH-ADR-009 |
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| 초기 상태 | Raw 초기값의 첫 증분 사용, pre-step 경계·생략값·step 재정의 의미 | 메인/사용자, I/O·formulation | STH-ADR-010, NR-02 |
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| 결과 계약 | 24개 trace, global/local 저장, 반력 부호, t=0 validity | 메인/사용자, I/O·numerical review | STH-ADR-011 |
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| Edge 입력 | 면적당 또는 길이당 단위·공개 keyword·대상 및 중복 의미 | 메인/사용자, I/O | STH-ADR-012, NR-03 |
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| 내부 수치 판정 | Geometry margin, 적분 오차, residual·수렴성 기준 | numerical review, 해당 계약 owner | NR-04; 외부 tolerance와 구분 |
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| `nodal/temperature` | F64[N,5] | raw 초기 온도 | 완료 온도 |
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| `nodal/reaction_heat_rate` | F64[P] | **dataset 없음** | constrained full residual, reaction mapping 순서 |
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| `element/heat_flux` | F64[E,4,6,3] | **dataset 없음** | global qx,qy,qz |
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Owner 역할은 후속 할당 책임이며 아직 수행하지 않은 I/O 작업이나 새 승인을 뜻하지 않는다.
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NR 항목의 상세 근거는 [독립 수치 검토](numerical-review.md#1-영향이-큰-판단과-필요한-결정)에 있다.
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Temperature attributes는 `component_order=NT11,NT12,NT13,NT14,NT15`,
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`units_label=temperature`, `coordinate_system=scalar`, `location=nodal-thickness-stations`다.
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Reaction은 `component_order=RFL`, `units_label=power`, `coordinate_system=scalar`,
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`location=prescribed-temperature-dofs`, `positive_direction=into-model`이다.
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Flux는 `component_order=QX,QY,QZ`, `units_label=power/area`,
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`coordinate_system=global-cartesian`, `location=element-inplane-thickness-traces`다.
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Model geometry의 좌표·두께는 length, normalized coordinates/frames/masks/IDs는
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dimensionless다. `/model/nodes`는 `units_label=length`,
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`/model/shell_sections`는 `thickness_units_label=length`를 가진다.
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`/model/thermal_materials`의 세 attribute는
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`conductivity_units_label=power/(length*temperature)`,
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`density_units_label=mass/volume`, `specific_heat_units_label=energy/(mass*temperature)`다.
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`/steps/Step-1/accepted_frames`에는 `time_units_label=time`을 저장하며 time과
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time_increment 모두에 적용한다. 서로 다른 단위의 compound field를 하나의
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모호한 units_label로 합치지 않는다.
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## 사용자 검토 항목
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초기 frame의 누락 flux/reaction은 정해진 schema이며 NaN이나 계산된 0으로 대체하지 않는다.
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Free residual·열에너지는 검증 보고서의 evidence로 유지하고 필수 공개 dataset을 추가하지 않는다.
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Warnings는 기존 `/diagnostics` compound convention의 source/severity/code/message를 유지한다.
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형식 discriminator, schema, mandatory field·shape·identity·finite value·frame 완전성을
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atomic finalization 이전에 self-check한다. Unknown optional additive field를 무시할 수
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있으나 잘못된 mandatory schema를 허용하지 않는다.
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개별 범위 선택 인터뷰를 마쳤다. 이 초안의 범위·제외·acceptance intent를 사용자에게
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요약하여 제시하고 문서 전체의 requirement baseline을 확정한다. 구현 실행은 별도 요청 범위다.
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## STH-C06 — 런타임 소유권과 실패
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후속 정식화·I/O에서 physics나 공개 의미의 추가 선택이 필요하면 근거와 함께 사용자에게
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돌려보낸다. 위 전문 항목을 이미 결정되었거나 검증된 것으로 취급하지 않는다.
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Domain은 thermal material/section/initial/BC/load/step 정의를 소유하며 parsing 이후
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불변이다. AnalysisModel은 non-owning active view, DofManager는 열 5개와 구조 6개의
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layout, numbering, scatter, constraint 및 sparse pattern을 전담한다. Equation ID를
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Node/Element에 분산시키지 않는다. Thermal kernel/procedure/state/recovery를 구분하고
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구조 displacement API에 temperature를 위장하거나 structural mass로 C를 취급하지 않는다.
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미래 coupling state를 미리 할당하지 않는다. Vendor type은 기존 adapter 경계 안에 둔다.
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Assembly는 element-local contribution, stable COO ordering/reduction을 사용한다.
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병렬 worker가 global CSR를 직접 갱신하지 않는다. 같은 입력은 같은 sparse structure,
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축약 순서, diagnostic order와 result row order를 만든다.
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증분마다 solve, full temperature 복구, residual/flux/finite/수지 검증을 끝낸 candidate만
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accepted state에 반영한다. 실패 시 마지막 accepted state를 오염시키지 않는다.
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최종 output은 전체 해석 성공과 writer self-check·close 후 원자적으로 교체한다.
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실패 시 기존 최종 HDF5를 보존하며 로그는 실패 진단으로 갱신될 수 있다.
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Output lease와 CLI exit 2/3/4/5/6의 기존 분류를 유지한다. 초기 해석 성공이나 이전
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파일 존재만으로 이번 실행 성공을 표시하지 않는다. Failed trial을 accepted_frames에 넣지 않는다.
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## STH-C07 — 독립 검증과 수치 계약의 선행 조건
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채택된 수식의 일관성에 관한 기존 독립 검토와 실제 solver 정확도 검증을 구별한다.
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수치 전문 작업은 kernel 구현 전에 [정식화](formulation.md)와 [독립 수치 검토](numerical-review.md)에 아래 세부 계약을 문서화하고 독립 numerical review를
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통과해야 한다. 이는 기존 PRD가 numerical owner에게 맡긴 상세 설계 작업이다.
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1. 전체 bilinear patch 유효성·orientation 판정, 비다양체 판정, scale-aware degeneracy
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bound와 검증할 geometry군. 전역 자기 교차 검출이나 contact 기능을 추가하지 않는다.
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2. Roundoff metric: 행렬 norm·연산 수·machine epsilon·conditioning을 근거로 exact
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fixture 및 free residual의 bound를 도출한다. 예: backward error의 분모는
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`||A_ff||*||T_f||+||b_f||`; 분모 0은 별도 처리한다. `max(1,scale)` floor 금지.
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3. 에너지 defect는 저장·외력·반력 항의 절댓값 합을 기준으로 정의하고 free residual
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평가와 분리한다. 이산 수지와 BE 소산 각각의 roundoff 전파를 문서화한다.
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4. 3×3/5×5/7×7 quadrature 비교, 시간/공간 convergence의 norm·mesh·시간·series
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절단 오차·판정 구간을 독립 oracle와 예상 asymptotic order에서 도출한다.
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5. 고정 5점의 slab 오차 plateau와 초기 열침투 깊이 sqrt(alpha*t)를 보고하는 기준,
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비교 시점과 각 물리량의 허용 이산 오차를 테스트 실행 전에 고정한다.
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6. 시간격자 roundoff 동등성·increment count·overflow와 representability 판정을 고정한다.
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이 수치 기준을 구현 결과에 맞춰 완화하거나 외부 reference 5%/1%를 내부 검사에
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전용하지 않는다. 검토에서 3×3 방법 변경, 지원 geometry 축소, 추가 물리 또는 accuracy
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acceptance 변경이 필요하면 구체적 근거를 제시하고 사용자 결정으로 돌아간다.
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수치 상세 기준의 독립 검토가 끝나기 전 production kernel 착수를 통과로 표시하지 않는다.
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필수 검증은 다음과 같다. 별도 허용을 뜻하는 fixture와 공개 CLI 사례를 구별한다.
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| 검증 | 독립 oracle와 실패 검출 |
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| --- | --- |
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| Shape/K/C | sum(H)=1, sum(B)=0, 정확 M/S/Z, C SPD, K rank19/상수 null, symmetry, 양의 에너지, h 및 1/h scaling, 분리식/직접54점 일치 |
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| 방향/flux | constant/면내선형/두께선형 patch, global rotation covariance, normal 반전과 station 재매핑, R 직교성 |
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| 중립면 trace | kernel state (0,0,0,1,2)에서 q3(0-)=0, q3(0+)=-4k/h; 공개 초기조건 사례로 오인하지 않음 |
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| 초기 jump | C=[[2,1],[1,2]], K=[[1,-1],[-1,1]], delta=1/2, old=(0,0), 두 번째 g=1: 첫 free=-1/5, 다음=1/25, 반력24/5와36/25 |
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| 시간격자 | 정수배, 10/3 마지막1, dt>T, decimal roundoff, INC 초과, 비표현 가능 시간, 마지막 factorization 변경 및 실제delta 반력/수지 |
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| 열저장/하중 | 단열 균일 온도 유지, no-BC transient, P 및 -P, overlapping source load 합산, constrained DOF에 P 유지, disconnected component별 보존 |
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| Partition | 0×0 all-constrained generic algebra; 공개 내부 station BC 금지 유지 |
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| 면내 해석해 | 단열 직사각형 T=T0+A*cos(pi*x/L)*exp(-alpha*(pi/L)^2*t), alpha=k/(rho*c); 온도와 미분 flux, 면내 L2 온도2차/gradient1차 |
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| 시간 해석해 | 같은 고정 spatial discretization의 독립 eigenpair Kv=lambda Cv 및 exp(-lambda*t), BE 증폭률; dt refinement의 1차 오차 |
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| 두께 slab | 균일 초기온도, bottom step 온도/top 단열 Fourier series; 5점 온도·flux·열에너지·반력, series 절단 bound 및 두께 오차 plateau |
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| 재료/두께/접속 | full-end prescribed strip의 sum L/(k*h*w) 저항은 assembly fixture; 실제 bottom/top-only CLI는 해당 조건의 독립 oracle 사용. Fold 등온 및 조립 열률 수지 |
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| Geometry | 왜곡/warped patch 적분 비교, scaling/translation, zero/negative/uncertain metric, 자기 교차, 방향 충돌, T edge와 vertex-only junction 음성 사례 |
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| IO/실패 | 모든 양성/음성 subset, source identity, HDF5 round trip, 초기 dataset 부재, P=0 반력, 마지막delta, no-op warnings, candidate/lease/write/self-check/close 실패 시 기존결과 보존 |
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구현 단계에는 열해석 관련 검사를 먼저 수행하고 전체 MSVC x64 Debug build/CTest와
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필수 reference 비교를 수행한다. 새 compiler warning을 추가하지 않는다.
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구현 전 전체 검사를 실행하여 기존 HHT 시간수렴 실패 2건의 실제 재현·이름·metric을
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기록한다. 기록만으로 현재 실패를 가정하지 않는다. 구현 후 전체 검사에서 제외하지 않고,
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새 실패·기존 실패 악화를 허용하지 않는다. 재현된 기존의 무관한 HHT 실패만 별도
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미해결로 유지할 수 있으며 전체 CTest green이라고 보고하지 않는다.
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예상하지 못한 baseline failure는 자동 면제하지 않고 원인과 영향 범위를 확인한다.
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열해석의 필수 검증 실패는 이 예외에 포함되지 않는다.
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## STH-C08 — Reference 원본과 완료 evidence
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대상 경로는 다음 두 개다.
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- `reference/shell-thermal/shell-thermal.inp`
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- `reference/shell-thermal/shell-thermal NodalTemperature.csv`
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구현 preflight에서 동일 저장소의 기존 dev worktree에 있는
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동일 상대 경로에서 byte 그대로 복사한다. `git worktree list --porcelain`으로 dev
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worktree를 찾고 파일별 SHA256을 아래와 대조한다. 이 방식은 머신 절대경로를 계약에
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고정하지 않는다. 원본이 달라졌거나 없으면 임의 생성·보정·대체하지 않는다.
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| 파일 | 확인한 SHA256 |
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| --- | --- |
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| shell-thermal.inp | 955C8BEEC35CE53DA5F5DD48785CF8C12FCE726EBFDE7EAE40CF69DBF00D6EA4 |
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| shell-thermal NodalTemperature.csv | 765B0D0F64C24CDE6D033D6EF80E0267275A496C97E28D932466EB877810D3E5 |
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목적 파일이 이미 있으면 hash 일치를 확인해 재사용하고 다르면 덮어쓰지 않는다.
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복사 전후 hash와 사용한 경로를 evidence에 남긴다. Abaqus를 실행하거나 원본 파일명,
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내용, metadata를 수정하는 권한은 포함하지 않는다. FESA HDF5/log는 복사한 입력 옆에
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생성한다. 보조 deterministic CSV view는 공식 결과가 아니다.
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외부 family는 `(shell-thermal, source step Step-1, time 37, bottom temperature NT11,
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scalar, user-consistent temperature units, blocking)`이다. 원본은 단일 Part-1-1,
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676 DS4, 729 node이며 CSV의 `Step,Frame,Node Label,NT11`에서 instance 열 부재는
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입력의 단일 instance 및 label 집합 검증으로만 복원한다. HDF5의 source_step_name,
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정확한 t=37 accepted frame, source DOF11을 일대일 대응한다. Nearest-time matching,
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station 평균, 행 순서 추정, 잘못된 instance 추정은 금지한다.
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Missing/extra/duplicate/nonfinite/identity 오류는 tolerance 전에 실패다.
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[공통 tolerance](../TOLERANCE.md)의 S=max|reference|, B=0.01S, near-zero absolute<=B,
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그 밖의 relative<=0.05, family RMS/S<=0.01, S=0 exact-zero 규칙을 그대로 적용한다.
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관찰된 min=-15.5742216, max=1000은 정적 관찰이며 solver 통과 evidence가 아니다.
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음수·미소값을 clamp하거나 온도 기준·단위를 조정해 비교를 통과시키지 않는다.
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필수 비교 실패 시 원인을 분리 조사하고 방법/acceptance 충돌은 사용자 결정으로 돌린다.
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완료 보고서는 구현 diff, 실제 검증 명령/환경·결과, 독립 numerical/physics 검토,
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외부 비교 row/family 판정, 기존 HHT 실패, 남은 물리 한계를 구분한다.
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추가 Abaqus CSV 확보는 필수 조건이 아니지만 다른 물리량 검증을 생략하는 근거도 아니다.
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## 현재 checklist
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- [x] 물리·요소·재료·두께·초기 온도·경계조건·열입력 범위 인터뷰
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- [x] 고정 시간 증분·모든 증분 결과 저장·필수 결과 선택
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- [x] 기존 reference 원본 정적 확인과 외부 비교 범위 합의
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- [x] 핵심 문서 3개에 합의와 미결정 항목 기록
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- [x] 단일 transient step으로 범위 확정
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- [x] 열전도·열용량행렬, 열유속·반력, 시간 적분과 코드 연결을 포함한 상세 계획 제안
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- [x] [독립 수치 검토](numerical-review.md)의 문서 지적 반영; 미결정 물리·I/O 계약은 별도로 유지
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- [x] 상세 계획을 바탕으로 지역 FEATURED_AGENTS·PRD·ADR 구성
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- [ ] 사용자 검토 후 requirement baseline 확정
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- [ ] 사용자 검토 후 수치 방법·I/O 계약·geometry 허용 범위와 실행 계획 확정
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- [x] 요구사항 인터뷰와 단일 uncoupled step 범위 확정
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- [x] Q4×P2 두 구간, consistent C, 3×3/exact Z, BE 채택 승인
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- [x] Geometry 접속 이상화, raw 초기값, 마지막 짧은 증분, 입력·HDF5 계약 승인
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- [x] 모서리 분포 입력 011 연기 및 reference 복사 승인
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- [x] 실행 계획 승인 및 구현 요청
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- [ ] 정식화 정합과 상세 수치 기준의 독립 검토 완료
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- [ ] Production 변경 전 전체 baseline과 reference hash evidence 기록
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- [ ] Thermal semantic model·DOF·geometry·K/C·flux 구현 및 검증
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- [ ] Thermal 입력 subset·진단·결정적 조립·시간 적분 구현 및 검증
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- [ ] HDF5·CLI·candidate와 기존 결과 보존 검증
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- [ ] 해석해·수지·수렴성과 필수 NT11 외부 비교 통과
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- [ ] 전체 MSVC Debug build/CTest 및 기존 실패 대비 확인
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- [ ] 독립 physics 검토와 완료 evidence 기록
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Solver build/test, Abaqus 실행, FESA/reference 수치 비교와 실제 결과의 physics 검토는
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수행하지 않았다. [독립 수치 검토](numerical-review.md)는 두께 Z 행렬, 평판 20 DOF 행렬과
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두 증분 BE 에너지 수지를 정확 유리수로 검산하고 잔여 물리·I/O 결정을 기록했다.
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미실행 검사를 통과로 표시하지 않는다. 전문 문서의 수치 유도·검산, 실제 solver 검사,
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외부 reference 비교와 physics 검토는 서로 다른 evidence다.
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@@ -1,29 +1,29 @@
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# Shell Transient Heat Transfer 상세 설계·구현 계획안
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- 상태: 사용자 검토용 제안. 요구사항 인터뷰를 바탕으로 수치 방법론을 구체화했으며 구현은 시작하지 않았다.
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- 상태: 사용자 승인 실행 계획. 구현·검증 진행 중이며 수치 통과 evidence와 구별한다.
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- Owner: 메인 assistant
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- 기준: [Feature PRD](PRD.md), [프로젝트 지침](../../AGENTS.md), [ARCHITECTURE](../ARCHITECTURE.md),
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[CODINGSTYLE](../CODINGSTYLE.md), [TOLERANCE](../TOLERANCE.md)
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- 수식의 상세 원본: [정식화 제안](formulation.md). 현재 checklist는 [PRD](PRD.md#현재-checklist)에만 둔다.
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- 수식의 상세 원본: [정식화](formulation.md). 현재 checklist는 [PRD](PRD.md#현재-checklist)에만 둔다.
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- 독립 검토: [numerical-review.md](numerical-review.md). 수식의 일관성 검토이며 구현·정확도 통과 판정은 아니다.
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## 1. 구현할 해석과 제안 방법
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## 1. 구현할 해석과 채택 방법
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입력의 4절점 Shell mesh에서 온도만 풀며, 한 절점에 두께 방향 온도 5개를 둔다.
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요소당 20개 온도 자유도로 면내·두께 방향 전도와 열저장을 함께 계산한다.
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기존 MITC4의 변위·회전 강성행렬을 열행렬로 전용하지 않는다.
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| 결정할 항목 | 우선 제안 | 선택 이유와 대안 |
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| 항목 | 채택 방법 | 선택 이유와 한계 |
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| --- | --- | --- |
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| 면내 보간 | Bilinear Q4 | 승인된 4절점 topology와 연결되며 상수 온도·평판 선형 온도장을 재현 |
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| 두께 보간 | 2개 구간의 C0 2차 Lagrange 보간 | 5개 온도점을 사용하고 중앙 온도점을 공유. 전체 두께 단일 4차 보간보다 구간별 gradient와 적분을 분리하기 쉬움 |
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| geometry | 실제 3차원 midsurface의 metric과 법선을 이용하는 thin-shell product-domain | 접힌 판·곡면을 같은 scalar 열전도 문제로 구성. 두께 offset에 따른 곡률 보정은 생략하는 모델임을 명시 |
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| 열용량 | Consistent heat-capacity matrix | Galerkin 약형에서 직접 유도하고 열저장·반력·에너지 계산에 같은 행렬 사용. Lumped 대안은 초기 급변의 진동 및 reference 불일치 조사 대상으로만 남김 |
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| 열용량 | Consistent heat-capacity matrix | Galerkin 약형에서 직접 유도하고 열저장·반력·에너지 계산에 같은 행렬 사용. Lumping·인공 확산·온도 clamp는 승인 범위 밖 |
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| 적분 | 면내 3×3 Gauss, 두께의 두 P2 구간은 정확 적분한 Z 행렬 사용 | 직접 54점 적분과 대조. Affine 평판은 2×2 면내 적분도 정확하며 곡면·왜곡은 고차 적분 대조로 오차 확인 |
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| 시간 적분 | Backward Euler, 고정 Δt | 일정 계수 선형 문제에서 factorization을 재사용할 수 있고 첫 구현의 시간 수렴 검증이 명확 |
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| 열유속 | 보간 온도의 기울기에서 직접 복구 | 요소별·위치별 Fourier 열유속과 전체 residual 반력을 구별하여 검증 |
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이 표는 FESA가 채택할 제안이며 Abaqus 내부 알고리즘 동등성의 약속이 아니다.
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이 표는 사용자가 채택한 FESA 방법이며 Abaqus 내부 알고리즘 동등성의 약속이 아니다.
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특히 consistent C가 현재 reference의 과도응답을 공통 tolerance 안에서 재현하는지는
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아직 검증하지 않았다. 시간 적분의 안정성이 양의 온도 보존이나 정확도를 보장하지도 않는다.
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@@ -73,9 +73,9 @@ product-domain 모델의 교차항은 0이다. 평판에서 각각 대략 `kh`,
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`G`의 퇴화, 뒤집히거나 자기 교차하는 요소, 불일치하는 surface side는 입력 geometry
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진단으로 처리한다. `|det J|`로 invalid 요소를 정상화하거나 임의의 최소 두께를 대입하지 않는다.
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중앙면 접속은 같은 normalized thickness station을 공유하는 이상화로 제안한다.
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중앙면 접속은 같은 normalized thickness station을 공유하는 이상화다.
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두께가 다른 요소의 단차·급한 fold의 실제 3D 접합부 열장은 이 모델의 해상 범위 밖이다.
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이 접속 의미와 얇은 Shell 곡률 근사는 사용자 검토가 필요한 물리 선택이다.
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이 접속 의미와 얇은 Shell 곡률 근사는 사용자가 채택한 물리 모델이며 상세 3D 전도를 보장하지 않는다.
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## 4. 열용량행렬 C와 적분 절차
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@@ -105,22 +105,15 @@ Affine 평판은 면내 2×2 × 두께 6점, 총 24점으로도 정확하다. 5
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## 5. 열입력과 지정 온도
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열입력의 양의 부호는 모델 안으로 유입되는 방향으로 제안한다.
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공개 입력은 source DOF 11/15에 대한 일정한 절점 집중 power P만 지원한다.
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양수는 모델로 공급되는 열이며 h·면적·shape weight를 곱하지 않는다. Source row 순서로
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더하고 constrained DOF의 입력도 full Q에 유지한다. Edge 분포 입력 011은 연기되었으며
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이번에 kernel이나 keyword를 추가하지 않는다. 지정되지 않은 외부 경계는 자연 단열이다.
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- **절점 집중 열입력** `P`는 단위 시간당 에너지다. 선택한 node의 아랫면 또는 윗면 자유도에
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직접 더하며 면적·두께를 다시 곱하지 않는다.
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- **가장자리 열입력**은 외곽 edge의 옆면에 작용하는 면적당 열유속 `q_in`으로 제안한다.
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`Q_e=∫edge∫[-h/2,h/2] Hᵀ q_in dz ds`로 조립한다. 직선 edge 길이가 `ℓ`이면
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전체 열률은 `q_in hℓ`다. 두께 방향으로 균일해도 5개 온도점에 단순 1/5씩 배분하지 않는다.
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- **지정 온도**는 elimination으로 적용한다. 구속 온도점도 C·K·외력 full-space에서 유지하여
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반력 열률과 전체 에너지 수지를 복구한다.
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- 열입력이나 지정 온도가 없는 외부 경계에는 자연 경계조건인 단열 조건을 적용한다.
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실제 source 문법은 지원 의미를 검증한 뒤 고정한다. 특히 DS4의 가장자리 열유속을
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`*DFLUX, S1...S4`로 받을 수 있다고 가정하지 않는다. 확인한 공개 shell library의
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element-based flux 목록은 BF·SNEG·SPOS이며, 가장자리 입력을 위한 공개 문법 대응은
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아직 확정하지 못했다. 이 항목은 계산 kernel과 별개의 I/O 결정이다.
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[공개 shell load 정의](https://docs.software.vt.edu/abaqusv2025/English/SIMACAEELMRefMap/simaelm-r-shellgeneral.htm).
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초기 온도는 node/Nset별 signed finite 값으로 5점에 동일 적용하고 미지정 값은 0이다.
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BC 생략값은 0이며 model 단계와 step 단계 각각에서 중복 충돌을 검사한 뒤 step이
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동일 target의 model 값을 덮어쓴다. 동일 값 중복은 허용하고 다른 값은 오류다.
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정확한 subset·미지원 옵션·no-op warning은 [PRD STH-C02](PRD.md#sth-c02--공개-입력-충돌과-부가-keyword)를 따른다.
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## 6. Transient equation과 해법
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@@ -144,15 +137,17 @@ free/constrained partition에서
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\]
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를 푼다. 초기 구속점 온도와 step 지정 온도가 다르면 첫 증분의
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`C_fc(T_c^0−g)/Δt` 항을 빠뜨리면 안 된다. 제안은 입력 초기 상태를 `t=0`에 보존하고
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`C_fc(T_c^0−g)/Δt` 항을 빠뜨리면 안 된다. 입력 초기 상태를 `t=0`에 보존하고
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첫 양의 시점부터 step 지정 온도를 부과하는 것이다. 초기 값을 덮어쓴 다른 해석과
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에너지·reference 결과가 달라질 수 있으므로 이 시작 의미를 명시적으로 검토한다.
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에너지·reference 결과가 달라지므로 raw 초기값을 조용히 projection하지 않는다.
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고정 물성·geometry·구속 집합·Δt에서는 A_ff를 한 번 factorize하고 매 증분 RHS만 갱신한다.
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전체 시간이 Δt로 나누어떨어지는 입력을 우선 지원하는 것으로 제안한다. 마지막 증분을
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조용히 줄이지 않는다. 시간은 누적 덧셈보다 increment index와 Δt에서 결정적으로 생성한다.
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전체 시간이 Δt로 나누어떨어지지 않으면 마지막 증분만 종료까지 단축한다. Δt가 전체 시간보다
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크면 한 증분이다. 시간은 n*Δt로 생성하고 마지막 저장 시점은 입력 종료 시간이다. 표현 오차
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수준으로 같은 마지막 간격은 같은 계수를 사용하고 실제로 짧은 간격만 재분해한다.
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시간격자·INC·표현 가능성의 상세 판정은 정식화와 독립 numerical review에서 고정한다.
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절연체의 K는 상수 온도 null mode를 가지지만 양의 C 때문에 A는 양정정일 수 있다.
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절연체의 K는 상수 온도 null mode를 가지지만 양의 C 때문에 A는 양정치다.
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정적 solver처럼 “온도 구속이 없으므로 singular”로 판정하지 않는다. 일반 partition 연산은
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전체 구속 시 0×0 free solve를 건너뛰도록 검산한다. 다만 이번 공개 입력은 bottom/top만
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구속하므로 내부 3개 온도점까지 모두 구속한 사례는 CLI 지원 모델이 아닌 algebra fixture다.
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@@ -171,8 +166,7 @@ local 직교 frame `R=[e_1,e_2,n]`이면 `q_local=Rᵀq_global`이고,
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- 기본 authoritative flux는 면내 2×2 Gauss 위치와 두께 trace
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`[-1+, -1/2, 0−, 0+, 1/2, 1−]`의 곱인 24개 위치에서 복구한다. 두께 trace는 구간
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안쪽에서 평가하는 위치/접근 방향이다. Global 성분과 local frame 또는 local 성분의
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저장 선택을 I/O에서 고정하여 좌표 의미를 보존한다.
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안쪽에서 평가하는 위치/접근 방향이다. Global 성분과 local frame을 저장하고 local 성분은 Rᵀq로 후처리한다.
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- 위 trace 위치에서 B를 직접 평가한다. C0 보간의 중앙면에서 두께 도함수는 한쪽 극한
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두 개일 수 있으므로 `0−`와 `0+`를 평균으로 합치지 않는다. 행렬의 적분 위치와 복구 위치는 독립이다.
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- 재료 경계와 요소 경계를 넘어 nodal averaging한 값을 공식 heat flux로 사용하지 않는다.
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@@ -187,15 +181,15 @@ local 직교 frame `R=[e_1,e_2,n]`이면 `q_local=Rᵀq_global`이고,
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free 성분은 평형 잔차, constrained 성분은 지정 온도 유지에 필요한 반력 열률이다.
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양의 반력은 모델에 추가로 공급한 열이다. transient 반력에는 열저장 항이 포함되어야 한다.
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초기 온도는 저장하지만 유한 차분 시간구간이 없는 `t=0` 반력에 계산된 값처럼 0을 쓰지 않는다.
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초기 온도는 저장하지만 `t=0` flux와 reaction dataset은 생성하지 않는다. 반력을 계산된 0이나 NaN으로 대체하지 않는다.
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## 8. 기존 코드와 연결할 책임·파일
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현재 `Element::Recover`는 displacement를 소비하고 `DofManager`는 `kDofsPerNode=6`을
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전제로 한다. 따라서 parser에 DS4만 추가해서 완료할 수 없다. 다음은 실제 저장소 경로와
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새 파일의 제안 배치다. 세부 C++ signature는 승인된 I/O·정식화 계약을 기준으로 구현 계획에서 고정한다.
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신규 파일 배치다. 세부 C++ signature는 승인된 I/O·정식화 계약과 기존 객체 책임을 따른다.
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| 작업 경계 | 기존 수정 대상 | 신규 파일 제안과 책임 |
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| 작업 경계 | 기존 수정 대상 | 신규 파일과 책임 |
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| Semantic model | `include/fesa/model/domain.h`, `src/fesa/model/domain.cpp`, `include/fesa/model/model_types.h`, `include/fesa/materials/material.h` | `include/fesa/materials/isotropic_thermal_material.h`, `src/fesa/materials/isotropic_thermal_material.cpp`: 양의 k·ρ·c와 source identity |
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| Thermal element | `include/fesa/elements/element_definition.h`, `src/fesa/elements/element_factory.cpp`의 definition/runtime 생성 경계 | `include/fesa/elements/thermal_shell.h`, `src/fesa/elements/thermal_shell.cpp`: 20×20 K/C와 직접 flux 복구. 열 kernel을 구조 Element의 displacement 계약에 억지로 넣지 않음 |
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@@ -212,49 +206,50 @@ Domain이 정의를 소유하고 AnalysisModel이 non-owning view를 제공하
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## 9. 구현 순서와 각 단계의 완료 조건
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아래 순서는 향후 구현 작업을 위한 계획이다. 현재 실행하거나 완료한 목록이 아니다.
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아래 dependency는 승인된 실행 계획이다. 같은 행의 독립 작업만 병행하며 완료 evidence 없이
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후속 수치 kernel로 진행하지 않는다. 공통 CMake 등록은 메인이 각 묶음 통합 시 소유한다.
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| 순서 | 작업·연결 요구사항 | 추가/변경할 검증과 단계 완료 조건 |
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| 1 | 물리·I/O 선택 확정 — 001~018 | Thin-shell 접속·초기 jump·edge syntax·flux identity의 결정을 문서화. 독립 수치 검토 지적 해결 |
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| 2 | Thermal semantic model과 input — 001~013, 018 | `tests/unit/io/abaqus/thermal_domain_test.cpp`: DS4·물성·5점 단면·initial/boundary/CFLUX·single step mapping, 잘못된 DOF·불량 물성·상충 집합·미지원 옵션 진단 |
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| 3 | Element kernel — 002~007, 014 | `tests/unit/elements/thermal_shell_test.cpp`: H partition of unity, gradient sum zero, K/C 대칭성·rank, exact flat matrices, plane/thickness linear field와 flux, rotation covariance |
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| 4 | DOF·assembly·load — 006~011 | `tests/unit/fem/dof_manager_test.cpp`, `tests/unit/assembly/thermal_assembler_test.cpp`: 20 DOF scatter, 인접 node station 공유, edge 총 열률, source 순서, 병렬/직렬 동등성과 structural 회귀 |
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| 5 | Transient procedure — 008~013, 018 | `tests/unit/analysis/transient_heat_procedure_test.cpp`: 두 증분 직접 계산, C_fc 초기 항, no-Dirichlet, generic all-constrained algebra fixture, factorization 재사용, 후보 실패 보존 |
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| 6 | Recovery·HDF5·CLI — 014~015 | `tests/unit/io/hdf5/thermal_hdf5_results_writer_test.cpp`, `tests/integration/app/thermal_application_test.cpp`: 모든 온도점·증분·flux 위치·reaction의 round trip, 초기 반력 미정의, 파일 finalize 실패 시 이전 결과 보존 |
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| 7 | Physics·reference — 016~017 | `tests/integration/analysis/thermal_physics_test.cpp`, `tests/reference/thermal_reference_comparison_test.cpp`, `tests/reference/thermal_reference_cases_test.cpp`: 아래 사례와 기존 CSV 비교·identity 음성 검사 |
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| 8 | 통합 확인 | `src/fesa/CMakeLists.txt`, `tests/CMakeLists.txt` 등록 후 MSVC x64 Debug 전체 build/CTest와 필수 reference 비교. 신규 warning 없음 |
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| 작업 | 선행 작업 | 소유 대상·목적 | 검증 |
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| T1 | 없음 | 메인: 지역 지침/PRD/ADR/계획; 정식화 담당: formulation; 독립 numerical 담당: numerical-review | 전체 patch·roundoff·시간격자·수렴·slab 오차의 구체적 기준 확정 |
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| T2 | 없음 | 구현 담당: material/model/Domain/AnalysisModel의 thermal 의미·소유권 | 양성/불량 값·source identity·structural 회귀; parser/kernel/DOF 제외 |
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| T3 | T1,T2 | 구현 담당: thermal geometry·20 DOF K/C·24 trace kernel·Domain geometry 연결 | Exact M/S/Z, 직접54점, rank/SPD/null, scaling·rotation·trace·geometry 음성 |
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| T4 | T2 | 구현 담당: DofManager thermal layout/scatter/pattern | 구조6·열5 분리, 활성 node와 stable 번호, partition·공유 node |
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| T5 | T3 | 구현 담당: Abaqus thermal subset·semantic mapping·진단 | 승인 input/default/override/no-op와 모든 미지원·충돌 사례 |
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| T6 | T3,T4 | 구현 담당: deterministic assembly·thermal state/result record | K/C·source-ordered Q·초기 상태·순서와 공유 recovery 인터페이스 |
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| T7 | T6 | 구현 담당: BE procedure·복구·full residual·candidate | Exact 두 증분·no BC·짧은 마지막·factor reuse·수지·실패 state 보존 |
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| T8 | T6 | 구현 담당: thermal HDF5 writer·self-check | Synthetic state round trip·schema/identity/초기 dataset 부재·P=0·atomic 실패 |
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| T9 | T5,T7,T8 | 구현 담당: prepared_analysis와 CLI 연결 | 양성 CLI·lexical output·exit·lease·기존 결과 보존 |
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| T10 | T9 | 구현 담당: analytical physics·reference comparator/integration | 독립 oracle·온도/flux/reaction·수렴과 NT11 source mapping/tolerance |
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| T11 | T10 | 검증 담당·독립 physics 검토자; 메인 완료 문서 | 전체 MSVC Debug build/CTest·필수 reference·baseline 대비·coverage 한계 |
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각 행동 변경은 먼저 기대 결과를 고정하는 검사를 작성하고 실패를 확인한 뒤 구현한다.
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기존 coverage가 충분한 지원 코드 정리에는 구현 구조만 따라 하는 테스트를 추가하지 않는다.
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독립 수치 검토와 실제 결과의 물리 검토를 구현 담당자의 자기 승인으로 대체하지 않는다.
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행동 변경은 기대 결과를 고정한 검사에서 실패를 확인한 뒤 구현한다. 구현 구조를 복제한
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expected 값으로 정확도를 주장하지 않는다. 독립 numerical/physics 검토를 구현자의 자기 승인으로 대체하지 않는다.
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각 담당은 할당 파일만 수정하고 source/reference artifact와 공통 프로젝트 계약을 임의 변경하지 않는다.
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## 10. 방법론을 반증할 검증 사례
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| 사례 | 기대되는 관찰과 오류 검출 목적 |
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| 완전 단열·균일 초기 온도 | 모든 온도점이 시간에 따라 불변, flux=0, 열에너지 불변. K의 상수 null mode 검증 |
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| 평판의 면내 선형 온도 | Kernel에서 `q=−k∇T`를 정확히 재현. Global 회전 시 scalar T 불변·vector q 회전 |
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| 두께 방향 선형 온도 | 하·상면 온도차의 정상 한계에서 `q_n=−k(T_top−T_bottom)/h`, 두 면 반력 합 0 |
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| 두께 전체 단열의 면내 Fourier mode | 초기 온도가 두께 방향 균일한 허용 입력으로 analytical decay와 비교. BE 시간 1차 수렴과 면내 mesh 수렴 분리 |
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| 한쪽 면 온도 step, 반대 면 단열 slab | 허용된 초기 조건에서 1D transient analytical series와 비교. 5점 두께 근사의 한계와 초기 jump 처리 검증 |
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| 두 재료·두 두께 strip | 단면 전체 end 온도를 구속한 assembly fixture에서 총 열저항 `Σ L/(k h w)` 확인. 내부 station 구속은 검산 전용이며 CLI 기능이 아님. 공개 bottom/top 경계 사례는 경계층을 포함한 별도 oracle과 비교 |
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| Edge flux와 집중 열입력 | 입력한 총 열률과 `Δ(1ᵀCT)/Δt` 및 reaction 합의 일치. 단위와 면적/두께 중복 곱 검출 |
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| 작은 열망의 직접 해 | `A_ff`, RHS, 첫 두 증분, full residual을 독립 hand calculation과 비교. 전체 구속 특수 조건은 generic partition fixture로 한정 |
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| 실제 reference | 원본 `.inp`와 t37의 NT11 729행 비교. 누락/추가/중복/nonfinite·instance ambiguity를 tolerance 전에 거부 |
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필수 사례의 원본은 [PRD STH-C07](PRD.md#sth-c07--독립-검증과-수치-계약의-선행-조건)이다.
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정확 fixture·norm·시간/mesh 목록·oracle 절단 및 order 판정은 [독립 수치 검토](numerical-review.md)가 소유한다.
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전체 열에너지는 `E=1ᵀCT`로 두고 기준 온도의 상수 차이가 에너지 변화에 영향을 주지 않음을
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확인한다. 검증할 discrete balance는
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`E_(n+1)−E_n = Δt[1ᵀQ + Σ constrained reaction]`이며 free residual의 영향도 보고한다.
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점별 Fourier flux와 FE 반력은 다른 observable이므로 각각의 검증을 수행한다.
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- Shape partition, affine exact K/C, constant null mode, C SPD, 양의 에너지와 회전 변환.
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- 일정 온도·면내 선형·두께 선형 flux 및 중앙면 0-/0+를 구별하는 직접 미분.
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- 두 자유도 C=[[2,1],[1,2]], K=[[1,-1],[-1,1]], delta=.5, old=0, 두 번째 g=1에서
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첫 free=-.2, 두 번째 .04, reaction=4.8와1.44. 첫 C_fc 이전 상태 항을 검출한다.
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- No-BC 균일 보존, P/-P·constrained P·source 중복과 component별 에너지 수지.
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- Semidiscrete 독립 eigenmode로 시간1차, Fourier 직사각형의 L2 온도2차·gradient1차.
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- Bottom step/top 단열 slab series의 온도·flux·에너지·반력; 고정5점 두께 오차 plateau와 초기 침투 깊이 보고.
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- 다중 재료/두께 strip 저항은 full-end assembly fixture로 확인한다. 내부 station BC를 CLI로 확대하지 않는다.
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- 원본 Step-1 t37 NT11 729행의 identity precheck와 공통 tolerance blocking 비교.
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시간 수렴은 공간 오차를 충분히 낮추고 Δt를 줄이며, 면내 수렴은 충분히 작은 Δt에서 mesh를
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세분화한다. 제품의 두께 온도점 5개가 고정되므로 면내 mesh를 줄이는 것만으로 두께 오차까지
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0으로 간다고 주장하지 않는다. 세부 norm·기대 order·내부 판정 기준은 독립 검토가 정한다.
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에너지 defect의 scale은 저장·외력·반력 항의 절댓값 합이며 free residual을 별도로 검사한다.
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E=1ᵀCT의 기준 온도 이동에 대한 DeltaE 불변성과 BE C-norm 소산은 서로 다른 검사다.
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외부 5%/1% 기준으로 내부 수지를 판정하거나 max(1,scale)로 작은 모델의 오류를 숨기지 않는다.
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## 11. 검증 실행과 완료 판단
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구현 시 MSVC x64 developer 환경과 GoogleTest/MKL/TBB/HDF5 경로를 준비하고 다음을 실행한다.
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Production 변경 전에 전체 baseline을 실행하고 실제 실패 이름·metric·환경을 기록한다.
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구현 중 관련 검사를, 기능 완료 시 아래 전체 검사를 실행한다.
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```powershell
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cmake --preset windows-msvc-ninja-debug
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@@ -263,39 +258,25 @@ ctest --preset windows-msvc-ninja-debug --show-only=json-v1
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ctest --preset windows-msvc-ninja-debug --output-on-failure
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```
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선택된 `.harness/config.json`이 동일 실행을 구성하면 `python scripts/execute.py`를 사용할 수 있다.
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현재 계획 작성에서는 이 개인 설정 파일을 확인하지 못했으므로 runner의 preset 선택을 가정하지 않는다.
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Python Harness를 수정하지 않는 이 기능에 Harness Python suite를 형식적으로 추가 실행하지 않는다.
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MSVC x64 developer 환경과 승인 local GoogleTest/MKL/TBB/HDF5를 사용한다.
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`.harness/config.json`이 동일 실행을 구성할 때만 `python scripts/execute.py`를 대안으로 사용한다.
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개인 설정이 없다고 runner가 preset을 선택한다고 가정하지 않는다. 새 compiler warning을 추가하지 않는다.
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Reference 원본은 현재 별도 dev checkout에서 읽었으며 현 worktree에는 없다. 실행 단계에서
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read-only reference 위치와 결과 output 경로를 명시적으로 연결한다. 파일을 찾지 못하면
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comparison을 통과나 coverage 완료로 기록하지 않는다. reference 재생성·이름 변경·보정은 포함하지 않는다.
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Reference는 [PRD STH-C08](PRD.md#sth-c08--reference-원본과-완료-evidence)의 두 원본을
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승인된 dev checkout에서 byte 그대로 복사·hash 확인한다. Abaqus 실행·재생성·이름 변경·보정은 제외한다.
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실제 명령/exit, hash, baseline 및 최종 결과는 implementation-verification 문서에 기록한다.
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완료는 solver 실행 성공뿐 아니라 모든 필수 결과·증분 저장, 에너지 수지·해석해·수렴,
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기존 구조해석 회귀, 공통 tolerance의 NT11 비교와 필요한 독립 검토 evidence가 있어야 한다.
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재현된 무관한 기존 HHT 시간수렴 실패는 전체 검사에서 제외하지 않고 마지막에도 비교한다.
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새 실패나 기존 실패 악화를 허용하지 않으며 기존 실패가 남으면 전체 CTest green이라고 보고하지 않는다.
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열해석의 필수 physics/reference 실패에는 이 예외를 적용하지 않는다.
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현재 문서 검토에서는 독립 reviewer가 Z 계수, 평판 20 DOF의 C 양정치/K rank 19,
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첫 두 증분의 C_fc 항·반력·에너지 수지를 정확 유리수 연산으로 확인했다.
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구현 코드·FESA 결과의 정확도나 곡면·접합부 지원 한계가 검증된 것은 아니다.
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## 12. 채택 모델의 한계
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## 12. 구현 전에 검토할 제안과 한계
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Product-domain은 실제 offset 곡률과 상세 접합부를 해상하지 않는다. 고정5점은 초기 두께
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경계층을 충분히 해상하지 못할 수 있고 면내 refinement가 두께 오차를 제거하지 않는다.
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Consistent C/BE의 안정성은 positivity나 정확도를 보장하지 않는다. Point source 부근의
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mesh 독립적인 유한 flux는 보장하지 않는다. 이 한계를 임의 clamp나 tolerance 완화로 숨기지 않는다.
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1. Q4×두 구간 P2, consistent C, 면내 3×3/두께 exact 적분, Backward Euler의 선택
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2. Thin-shell product-domain과 normalized thickness station 접속; 실제 접합부/곡률 두께 효과 한계
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3. 입력 초기 상태를 보존하는 첫 증분 경계 jump와 t=0 반력 미정의
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4. 가장자리 열입력의 면적당 단위와 승인 가능한 외부 입력 문법
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5. 모든 온도점 온도·3성분 flux·반력의 위치/좌표계와 HDF5 저장 계약
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6. 고정 Δt로 나누어떨어지는 종료 시간만 우선 지원하는 제한
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이 항목은 사용자 인터뷰에서 이미 승인한 범위와 새 수치·I/O 제안을 구별하기 위한 것이다.
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현재 문서는 상세 방법론을 검토할 수 있는 계획안이며, 모든 구현 계약이 확정되었다는 선언이 아니다.
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Reference에는 step 전 `*Boundary / Set-10, 11, 11`과 step 내부
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`Set-10, 11, 11, 1000.`이 함께 있다. Step 전 경계를 지우거나 무시하지 않고 model/history
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정의로 구분하여 읽는다. 생략 초기 온도·생략 boundary 값의 default, step에서 같은 대상에
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새 값을 적용하는 의미를 원문과 대조해야 최초 C_fc 항과 reference 비교를 확정할 수 있다.
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CSV 정적 통계의 NT11 최솟값은 `−15.5742216`, 최댓값은 `1000`이다. 공통 scale `S=1000`,
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near-zero band `B=10`에서 위 음수는 near-zero 밖이므로 상대오차 검사 대상이다.
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이를 0으로 보정하거나 단순 roundoff로 설명하지 않는다. 초기 조건과 열용량·보간 선택에
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따른 undershoot의 원인을 조사하고 analytical accuracy와 reference 일치를 각각 평가한다.
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Reference의 NT11 최소값 -15.5742216은 S=1000, B=10의 near-zero 범위 밖이다.
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공통 상대오차 검사를 유지하고 초기 jump·공간 이산·열용량의 영향을 독립적으로 평가한다.
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현재 채택 계약을 바꾸어야 하는 충돌이 확인되면 근거를 제시하고 사용자 결정으로 돌린다.
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