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# Architecture Decision Records
## 철학
FESA의 architecture decision은 solver correctness, verification traceability, implementation testability를 우선한다. Harness는 제품이 아니라 C++/MSVC 기반 FEM 구조해석 솔버 개발을 통제하는 운영 인프라이다.
---
### ADR-001: FESA는 구조해석 솔버 프로젝트이고 Harness는 운영 인프라로 둔다
**결정**: 저장소의 주 목적은 유한요소법 기반 구조해석 솔버 개발이다. Harness는 승인된 Step 계획, 독립 세션 실행, PreToolUse guardrail, Stop MSVC build/test 검증을 제공하는 보조 계층으로 유지한다.
**이유**: 기존 문서가 Harness 중심이면 agent가 solver architecture, FEM verification, Abaqus/HDF5 계약보다 운영 스크립트에 과도하게 맞춰 행동한다.
**트레이드오프**: Harness 문서의 비중은 낮아지지만, `docs/HARNESS_WORKFLOW.md`의 실행 계약과 `.codex/hooks.json`의 검증 정책은 계속 필수 운영 규칙으로 유지한다.
### ADR-002: C++17/MSVC/CMake/CTest를 기본 구현 환경으로 둔다
**결정**: 기본 solver 구현과 validation은 C++17 이상, Visual Studio 17 2022 또는
Visual Studio 18 2026 generator, x64 platform, Debug config, CMake, CTest로 수행한다.
`.harness/config.json`이 없으면 CMake가 설치된 두 승인 generator 중 하나를 자동
선택할 수 있으며, build/test evidence에는 실제 generator와 compiler version을 기록한다.
**이유**: FESA의 목표 환경은 Windows/MSVC 기반 C++이다. CMake/CTest는 solver source tree가 추가되거나 확장될 때 가장 일관된 build/test entry point다. VS17과 VS18을
승인하면 현재 지원되는 MSVC 개발 환경에서 같은 C++17/x64/Debug 계약을 검증할 수 있다.
**트레이드오프**: FESA solver source는 CMake/CTest를 기본으로 유지한다. Generator별
compiler 차이는 각 build/test report에 명시하고, 두 generator 중 하나에서만 관찰되는
실패를 다른 generator의 성공으로 숨기지 않는다. Harness 자체는 `.harness/config.json`에
solution과 test command를 명시한 직접 MSBuild 프로젝트도 검증할 수 있지만, 이는 FESA
제품이 solution-only workflow를 지원한다는 의미가 아니다.
### ADR-003: Abaqus `.inp` full compatibility가 아니라 기능별 keyword subset을 지원한다
**결정**: FESA parser는 Abaqus keyword/data/comment line 규칙을 따르되, 기능별로 승인된 keyword subset만 지원한다. 미지원 keyword는 명확한 diagnostic을 남긴다.
**이유**: full Abaqus compatibility는 초기 solver 범위와 검증 비용을 과도하게 키운다. 기능별 subset은 요구조건, I/O contract, reference validation을 추적 가능하게 만든다.
**트레이드오프**: 사용자는 기존 Abaqus input file을 그대로 사용할 수 없을 수 있다. 대신 지원 범위와 실패 원인이 명확해진다.
### ADR-004: Domain, AnalysisModel, DofManager, AnalysisState를 분리한다
**결정**: `Domain`은 `ElementDefinition`, `ElementProperty`, `Material`과
`StepDefinition` 입력 모델 정의를 `std::unique_ptr`로 단독 소유하고 const access와
stable collection index를 제공한다. `AnalysisModel`은 Domain 수명 안에서 stable index와
const reference만 사용하는 non-owning current-step view다. `DofManager`는 equation
numbering과 constrained/free mapping을 전담하고, `AnalysisState`는 해석 중 변하는
물리량을 소유한다.
**이유**: 모델 정의, step activation, equation system, transient/nonlinear state가 섞이면 parser, assembler, solver, result writer가 강하게 결합된다. 분리된 상태 모델은 선형 정적 해석에서 시작해 비선형, 동적, thermal coupling으로 확장하기 쉽다.
**트레이드오프**: 초기 class 수가 늘어난다. V0에서는 interface를 얇게 유지하고 실제 선형 정적 frame에 필요한 state만 구현한다.
### ADR-005: 공식 결과 파일은 HDF5로 하고 reference 결과는 Abaqus CSV로 둔다
**상태**: HDF5 authoritative output 결정은 유지하며 reference bundle governance 부분은 ADR-019로 대체됨.
**결정**: FESA solver의 authoritative result output은 `results.h5` HDF5이다. Abaqus reference results는 기능별 reference model contract가 지정한 `reference/<model-id>/` 아래 CSV 파일로 저장하며, verification은 FESA HDF5 rows와 Abaqus reference CSV rows를 documented IDs, components, units, coordinate system, step/frame identity, tolerance 기준으로 비교한다. 신규 reference는 canonical 파일명을 사용하고, 승인된 기존 bundle의 legacy alias는 해당 기능 계약에 정확한 경로를 기록한 경우에만 허용한다.
**이유**: 구조해석 결과는 step/frame, field/history, node/element/integration point location, units, coordinate system, schema version을 함께 가져야 한다. HDF5는 이 계층 구조와 metadata를 안정적으로 표현한다.
**트레이드오프**: reference comparison은 FESA HDF5 dataset identity와 Abaqus CSV row identity를 모두 관리해야 한다. FESA HDF5에서 추출한 deterministic CSV view는 디버깅/검토용 보조 artifact로 허용하지만, 공식 solver output이나 reference artifact로 취급하지 않는다.
### ADR-006: 해석 알고리즘과 수치 backend는 Strategy와 Adapter 경계 뒤에 둔다
**결정**: `Analysis`, `LinearSolver`, `TimeIntegrator`, `ConvergenceCriteria`는 Strategy로 구성하고, MKL, TBB, HDF5 API는 adapter 계층 뒤에 둔다. `Vector`는 contiguous `double`, `Matrix`는 row-major contiguous `double`을 소유하고 dense 연산은 MKL CBLAS를 사용한다. `SparseMatrix`는 이들과 상속 관계가 없는 0-based CSR 전용 타입이며, PARDISO factorization과 substitution은 `LinearSolver` 경계 뒤에서 분리한다.
**이유**: 선형 정적, 비선형 정적, 동적, frequency, heat transfer 해석은 공통 흐름을 공유하지만 알고리즘과 backend가 다르다. 외부 API를 core에 노출하면 테스트 double, backend 교체, dependency review가 어려워진다.
**트레이드오프**: 단일 기능만 구현할 때는 adapter가 다소 장황해 보일 수 있다. Row-major dense storage와 CSR sparse storage를 따로 유지해야 하지만 backend 의존성과 dense/sparse 의미가 core 모델에 섞이지 않는다.
### ADR-007: Analysis base는 최소 실행 계약만 제공한다
**결정**: `Analysis` base는 virtual `Analysis::Run(const AnalysisRequest&)`만 제공하고
linear-static-specific protected hook을 정의하지 않는다. 승인된 선형 정적 순서인
`parse input -> initialize Domain -> build AnalysisModel -> build DOF map/sparse pattern ->
assemble stiffness -> partition constraints -> factorize Kff -> assemble load -> form effective
RHS -> substitute -> reconstruct displacement -> recover results -> write HDF5`는
`LinearStaticAnalysis::Run()`의 private lifecycle로 유지한다. 강성행렬 factorization은
하중벡터 조립보다 먼저 수행하고 factorization과 substitution을 하나의 불투명한 solve
호출로 합치지 않는다.
**이유**: 현재 여덟 단계는 linear static equation, state와 failure taxonomy에 특화되어
있다. 최소 base contract는 이 순서의 검증 가능성을 보존하면서 승인되지 않은 dynamic,
eigenvalue 또는 nonlinear procedure에 같은 protected hook과 사용하지 않는 state를
강제하지 않는다. Factorization과 substitution 분리는 동일 강성행렬에 여러 RHS를 적용할
수 있고 각 실패 단계를 구조화된 diagnostic으로 분류하게 한다.
**트레이드오프**: Procedure 사이의 lifecycle code는 base Template Method로 자동 재사용되지
않는다. 두 번째 procedure가 승인되면 실제로 같은 단계만 focused collaborator로 추출하되,
linear-static hook 사이에 조건문으로 새 physics를 삽입하지 않는다.
### ADR-008: Sparse assembly는 deterministic COO-to-CSR 경로로 시작한다
**결정**: 초기 assembly는 element-local contribution을 COO triplet으로 수집한 뒤 CSR로 finalize한다. MKL PARDISO backend는 CSR input contract를 받는다.
**이유**: CSR은 MKL PARDISO와 잘 맞고, COO-to-CSR 경로는 구현과 테스트가 명확하다. deterministic reduction은 reference comparison의 재현성을 지킨다.
**트레이드오프**: 대규모 모델에서는 메모리와 변환 비용이 생길 수 있다. 성능 문제가 실제로 확인되면 typed batch assembly 또는 kernel 분리를 추가한다.
### ADR-009: TBB 병렬화는 element-local computation부터 적용한다
**결정**: 첫 oneTBB 적용 지점은 element-local matrix/residual 계산이다. 전역 sparse write는 thread-local buffer 또는 deterministic reduction으로 제한한다.
**이유**: element-local 계산은 독립성이 높고 병렬화 효과가 명확하다. 전역 sparse matrix에 직접 병렬 write하면 재현성, race, ordering 문제가 생긴다.
**트레이드오프**: 초기 병렬화 범위가 제한된다. MKL 내부 thread와 TBB task arena의 oversubscription 정책을 별도로 문서화해야 한다.
### ADR-010: Abaqus reference artifact는 사람이 생성하거나 명시 승인된 절차로만 갱신한다
**상태**: Artifact read-only 및 실행 제한은 유지하며 metadata/provenance/naming 계약은 ADR-019로 대체됨.
**결정**: Agent는 Abaqus, Nastran 또는 reference solver를 직접 실행하지 않는다. reference artifact 생성, 수정, 복원은 명시 승인된 phase에서만 수행한다. 모든 bundle의 provenance, generator/version, units, coordinate system, step/frame identity, schema, tolerance와 limitations는 승인된 기능별 Reference Model Contract에 기록한다. `metadata.json`은 선택 reference artifact이며, 부재만으로 bundle을 불완전하다고 판정하지 않는다. 파일이 존재하면 read-only 보조 자료로 inventory하고 계약 및 실제 artifact와 일치하는지 확인하며, 충돌은 숨기지 않고 upstream 계약 문제로 보고한다. 승인된 `cantilever-beam-b33` legacy baseline의 space-containing filename과 `README.md` N/A 예외는 유지한다.
**이유**: reference 결과는 solver correctness의 기준이다. 생성 절차가 불명확하면 구현 결함과 reference artifact 오류를 구분할 수 없다.
**트레이드오프**: Reference Model Contract가 필수 provenance의 단일 source of truth가 되어 별도 JSON 파일 없이도 bundle을 사용할 수 있다. 선택 `metadata.json`이 계약과 중복될 수 있으므로 존재 시 일관성 검사가 필요하다. Legacy filename과 `README.md` 예외는 일반 artifact 규칙을 복잡하게 하지만 exact path와 source commit을 고정하고 read-only로 취급해 감사 가능성을 유지한다.
### ADR-011: 구형 단일 검증 진입점 계약을 폐기한다
**상태**: ADR-012로 대체됨.
**결정**: 삭제된 legacy validation entry point, legacy Python test discovery, 환경 변수 기반 command override를 Harness의 기본 검증 계약으로 사용하지 않는다.
### ADR-012: Harness는 계획, 실행, Hook 검증의 세 계층으로 운영한다
**결정**: 계획은 `.agents/skills/harness`, Step 실행과 Git 상태 관리는 `scripts/execute.py`, 도구 호출 전 정책과 종료 전 검증은 `.codex/hooks.json`에 연결된 `scripts/hooks/`가 담당한다. C++ production 변경은 관련 테스트 파일이 있어야 하며, 실제 RED 실패와 GREEN 성공은 같은 Step 안에서 확인한다. Stop은 `.harness/config.json` 또는 자동 감지 결과로 전체 MSVC build/test를 검증한다. Harness Python 변경은 `uv run --with pytest python -m pytest -v -rs`로 검증한다.
**이유**: 테스트 파일 존재 검사, TDD 실행 증거, 전체 build/test는 서로 다른 책임이다. 이를 분리하면 Hook이 보장하는 범위를 과장하지 않으면서 Step 종료 시 green 상태를 강제할 수 있다.
**트레이드오프**: PreToolUse만으로 구현 전 RED 실행을 증명할 수 없으므로 Implementation report에 RED/GREEN 명령과 결과를 기록해야 한다. C/C++가 없는 저장소는 Stop이 통과하므로 Harness Python 검증은 별도 acceptance command로 유지한다.
### ADR-013: V0 선형 정적 해석은 단일 step B33 Euler beam으로 제한한다
**결정**: 첫 end-to-end 제품 기능은 입력 파일당 하나의 `*STEP, *STATIC`을 해석하는 2절점 3D Euler–Bernoulli beam이다. Abaqus `TYPE=B33`만 이 요소로 매핑하고 B31은 `unsupported-element-formulation`으로 거부한다. `*PART/*ASSEMBLY/*INSTANCE`는 여러 identity instance와 stable source identity를 지원하지만 instance transform, nested assembly, 다중 step은 지원하지 않는다. Output-request keyword는 승인 allowlist에서 warning 후 no-op 처리하고 FESA 기본 HDF5 결과는 항상 생성한다.
**이유**: B31은 transverse shear deformation을 포함하므로 Euler–Bernoulli 정식화와 의미가 다르다. 단일 step과 identity instance로 범위를 제한하면 parser wrapper, source identity, assembly, 해법 및 결과 복구를 end-to-end로 검증하면서 의미를 왜곡하지 않는다.
**트레이드오프**: 기존 Abaqus 모델 중 B31, instance transform, 다중 step 또는 `*DLOAD`를 사용하는 입력은 거부된다. 이후 기능은 별도 요구조건과 formulation/reference gate를 거쳐 추가한다.
### ADR-014: B33 cantilever baseline은 component-scale 혼합 tolerance로 비교한다
**상태**: Artifact inventory와 component mapping의 역사적 결정은 유지하며 tolerance와
node-station projection 결정은 ADR-022로 대체됨.
**결정**: `reference/cantilever beam/`의 B33 input, displacement CSV, reaction CSV, elemental-force CSV를 V0 reference baseline으로 사용한다. Displacement와 reaction은 node identity로, section resultant는 CSV node station과 정규화된 FESA element endpoint로 비교한다. 같은 model, step/frame, quantity, component에 대해 `reference_scale = max(abs(reference rows))`를 계산하고 모든 row에 `absolute_floor + 1e-6 * reference_scale`을 적용한다. SI displacement/rotation absolute floor는 `1e-9`, force/moment floor는 `1e-3`이다. Beam stress는 출력하되 Abaqus stress reference comparison은 N/A다.
**이유**: 자유단 moment처럼 이론적으로 0인 값에는 행별 상대오차가 정의되지 않으며 Abaqus 결과에 작은 수치 잔차가 남을 수 있다. Component scale을 사용하면 전체 물리량 크기에 비해 작은 잔차를 허용하면서 각 row를 결정적으로 판정할 수 있다.
**트레이드오프**: 큰 component scale은 zero row의 허용폭을 넓힌다. 이를 완화하기 위해 quantity와 component를 섞지 않고 Abaqus 값만 scale에 사용하며, 모든 row의 absolute/normalized error와 worst row를 보고하고 누락·추가·nonfinite row를 tolerance 전에 실패시킨다.
### ADR-015: 외부 CMake target을 FESA 경계로 정규화하고 Windows runtime closure를 명시한다
**결정**: MKL, TBB, HDF5 CONFIG package가 제공하는 target은 dependency module에서
`Fesa::MKL`, `Fesa::TBB`, `Fesa::HDF5`로 정규화한다. Product target은 이 경계만
`PRIVATE` link하고 public header에 vendor/Win32 type을 노출하지 않는다. Approved Windows
환경에서는 packaged shared HDF5 C target을 우선하며, CLI와 test executable 옆에 TBB,
MKL, OpenMP, Intel math runtime, HDF5를 포함한 실제 runtime DLL closure를 POST_BUILD로
stage한다.
**이유**: Package version이나 shared/static variant에 따라 imported target 이름과 숨은
runtime dependency가 달라질 수 있다. Configure와 link 성공만 확인하면 GoogleTest
discovery 또는 배포된 CLI가 `0xc0000135`로 실패할 수 있다. FESA-owned target과 명시적
runtime closure는 module code와 실행 환경을 package 세부사항에서 분리한다.
**트레이드오프**: Windows staging CMake가 길어지고 새 dynamic dependency마다 runtime
audit가 필요하다. 대신 개인 설치 경로를 source에 하드코딩하거나 developer `PATH`에
의존하지 않고 build tree executable을 재현 가능하게 실행할 수 있다.
### ADR-016: 결정론과 failure atomicity를 correctness contract로 취급한다
**결정**: Parallel element 계산은 index별 독립 buffer만 쓰고, COO tuple ordering과
floating-point sum은 join 이후 고정된 serial 순서로 수행한다. Result recovery, solver
output, HDF5 writer는 candidate를 완성·검증한 뒤 caller-owned state 또는 final file에
commit한다. HDF5는 same-directory temporary file을 checked close/reopen한 후에만 atomic
finalization한다.
**이유**: Reference comparison과 물리 검토는 row identity와 작은 수치 차이에 민감하다.
Thread scheduling 또는 중간 실패가 sparse bytes, result order, 이전 output을 바꾸면 같은
입력에 대한 evidence를 신뢰할 수 없다.
**트레이드오프**: Serial reduction과 candidate copy가 throughput과 memory를 더 사용할 수
있다. 성능 최적화는 동일한 ordering, failure preservation, reference 결과를 증명할 때만
대체할 수 있으며, nondeterministic global sparse write는 허용하지 않는다.
### ADR-017: Essential constraint는 stable elimination으로 적용하고 reaction은 full residual로 정의한다
**결정**: V0는 DofManager의 stable free/constrained order로 full stiffness를
`Kff/Kfc/Kcf/Kcc`로 분할하고 `Kff * df = Ff - Kfc * dc`를 푼 뒤 full displacement를
복구한다. 모든 DOF가 constrained인 모델의 `0 x 0 Kff`는 유효한 trivial factorization과
empty substitution이다. Recovery의 full residual `r = K*d - F`를 reaction vector로
보존하며 constrained entry는 physical reaction, free entry는 equilibrium evidence다.
**이유**: Equation numbering과 prescribed displacement를 한 owner가 관리하면 nonzero
constraint, no/all/mixed constraint가 같은 수식과 stable order를 사용한다. Full residual은
element end action을 별도로 합산하는 경로보다 조립·하중·해법 전체의 equilibrium을 직접
검증한다.
**트레이드오프**: Full K와 네 partition을 유지하는 메모리 비용이 있고 reaction vector의
free entry가 정확한 0이라고 가정할 수 없다. V0에는 penalty, MPC, Lagrange multiplier를
혼합하지 않으며, 추가 constraint policy는 별도 formulation과 equation/output 계약을
요구한다.
### ADR-018: Kernel 존재와 제품 노출을 분리하고 계층형 검증을 요구한다
**결정**: Local element/load/recovery kernel이 존재해도 syntax, semantic Domain mapping,
analysis orchestration, mandatory HDF5와 diagnostic 계약이 연결되지 않으면 CLI 지원으로
간주하지 않는다. 검증은 unit, integration, reference comparison, physics sanity를 서로
대체할 수 없는 계층으로 유지한다. Reference가 가능하지 않은 quantity는 명시적 N/A와
analytical/schema/physics 대체 evidence를 요구한다.
**이유**: Unit test는 수식과 validation을, integration test는 lifetime과 호출 순서를,
reference comparison은 외부 solver와의 수치 일치를, physics sanity는 공통-mode 오류와
model adequacy를 검출한다. 한 계층의 성공만으로 parser exposure 또는 물리 correctness를
추론하면 지원 범위와 검증 강도가 과장된다.
**트레이드오프**: 작은 기능도 여러 계약과 evidence를 함께 준비해야 하므로 개발 속도가
느려진다. 대신 `*DLOAD`처럼 kernel은 있지만 입력에 노출되지 않은 기능, stress처럼
mandatory output이지만 Abaqus reference가 N/A인 기능을 정확하게 표현할 수 있다.
### ADR-019: Abaqus는 입력 형식과 외부 수치 reference이며 FESA 내부 동작 계약이 아니다
**결정**: FESA는 Abaqus와 독립적인 솔버다. 기능별 승인 `.inp` subset을 입력으로
사용하고, 기능이 blocking으로 선언한 FESA HDF5 quantity만 기존 Abaqus CSV와 승인
tolerance로 비교한다. Abaqus 요소 정식화, 적분, stabilization, 내부 상태와 결과 생성
절차를 재현하거나 동등하게 구현하지 않는다. Exact numerical equality는 허용되지만
내부 동작 동등성의 evidence가 아니다.
Reference case readiness에는 선언된 `.inp`, 실제 비교에 필요한 CSV, deterministic
source-ID/component matching과 tolerance만 필요하다. 기존 path와 filename을 그대로
사용하며 canonical naming, legacy-alias 승인, bundle `README.md`, `metadata.json`, Abaqus
version/provenance, 중복 units/coordinates/model/step/frame/material/section 정보와 CSV schema
version은 요구하지 않는다. Reference artifact는 계속 read-only이며 누락, 추가, 중복,
nonfinite required row는 tolerance 전에 실패한다.
**이유**: Reference comparison의 목적은 FESA의 독립 정식화가 승인된 observable quantity를
충분히 가깝게 계산하는지 판정하는 것이다. 수치 비교에 사용되지 않는 artifact
거버넌스가 formulation review나 implementation planning을 차단하면 제품 검증보다 문서
형식 준수가 우선된다. 같은 정보는 `.inp`, CSV header와 feature contract에서 직접 얻을
수 있다.
**트레이드오프**: Reference 생성 환경을 사후에 완전히 재구성하는 감사 기능은 줄어든다.
대신 비교 대상과 source-row/component mapping, tolerance, artifact immutability는 유지해
false match와 결과 보정을 방지한다. 더 강한 provenance가 필요한 기능은 해당 요구조건이
명시적으로 추가할 수 있으나 프로젝트 기본 gate로 자동 승격하지 않는다.
### ADR-020: MITC4 displacement reference는 고정 절대오차로 판정한다
**상태**: S4 artifact 선택과 U blocking/UR warning-only 분류는 유지하며 고정 절대오차
결정은 ADR-022로 대체됨.
**결정**: Full-integration FESA-MITC4의 sole S4 reference comparison은 matched global
`U1/U2/U3` row에 고정 절대오차 `1.0e-5`를 적용해 pass/fail을 판정한다.
`UR1/UR2/UR3`도 고정 절대오차 `1.0e-5`로 비교하지만 초과는 deterministic warning만
생성한다. Reference scale은 보고용 통계로 남을 수 있으나 MITC4 row tolerance 또는
normalized error의 분모를 결정하지 않는다. ADR-014의 B33 component-scale 혼합
tolerance는 변경하지 않는다.
**이유**: Abaqus S4는 FESA-MITC4와 동일한 요소 정식화가 아니므로 B33에서 승인한 매우
엄격한 component-scale tolerance를 그대로 재사용하는 것은 독립 솔버의 observable
displacement 검증 목적에 맞지 않는다. 고정 절대오차는 현재 사용자 단위계에서 승인된
차이를 명시적으로 제한하면서 zero clamp나 row omission 없이 모든 displacement row를
동일하게 판정한다.
**트레이드오프**: Model scale이 크게 달라지면 고정 절대오차의 상대적 엄격도가 달라질 수
있다. 따라서 이 값은 현재 승인된 MITC4 S4 case의 기능 완료 기준이며 개발 완료 후
별도 reference-verification evidence와 함께 재점검한다.
### ADR-021: Semantic definition과 runtime solver contract를 분리한다
**결정**: Domain-owned semantic definition과 analysis-time numerical object를 다음
dependency 방향으로 분리한다.
```text
Domain owns ElementDefinition / ElementProperty / Material / StepDefinition
AnalysisModel is a non-owning stable-index view into Domain
ElementFactory creates runtime Element candidates from compatible definitions
DofManager -> ElementDofLayout
SparseAssembler -> ElementStiffnessContribution
ResultRecovery -> ElementResultBundle
LoadAssembler -> ordered LoadContribution
EssentialConstraintPolicy -> ConstraintDefinition
Analysis <- LinearStaticAnalysis
```
`Domain`의 polymorphic semantic collection은 `std::unique_ptr` 단독 ownership과 stable
vector position을 사용한다. `ElementDefinition`은 source identity, connectivity와
property/material identity를 제공하고 runtime `Element`는 DOF layout, stiffness와 result
recovery를 제공한다. `ElementFactory`가 definition/property/material compatibility를
중앙에서 검사하며 unknown 또는 incompatible 조합은 fail-closed diagnostic으로 거부한다.
Consumer는 B33/MITC4 concrete type branch를 분산시키지 않고 runtime contract를 사용한다.
Linear-static candidate가 runtime `Element`를 `std::unique_ptr`로 소유하고 consumer는 그
수명에 한정된 non-owning view만 사용한다.
`Material` base에는 identity, source location과 lifetime 이외의 future capability를
추가하지 않는다. 현재 isotropic linear elasticity가 실제로 요구하는 data는 concrete
material에 둔다. Density, anisotropy, plastic state, temperature와 rate dependency는
optional field 또는 no-op virtual method로 미리 할당하지 않는다. `ElementProperty`도
현재 beam/shell 의미를 각 concrete type에 둔다.
`Load`는 ordered `LoadContribution`을 생성하고 global full-DOF accumulation은
`LoadAssembler`가 단독 소유한다. `BoundaryCondition`은 `ConstraintDefinition`을 생성하고
`EssentialConstraintPolicy`가 prescribed-displacement elimination과 reconstruction을
소유한다. Distributed/body load와 MPC/penalty/Lagrange-multiplier enforcement는 이번
결정으로 구현된 기능이 아니다.
Abaqus Domain mapper, result recovery와 HDF5 writer는 기존 public facade를 유지하면서
각각 topology/material-property/step-final-assembly, equilibrium/beam/shell/atomic-state,
RAII/model-result-dataset/self-check/atomic-finalization 책임으로 private implementation을
나눈다.
**이유**: Semantic identity와 runtime kernel을 같은 concrete record에 두면 DofManager,
SparseAssembler, ResultRecovery, parser와 output이 B33/MITC4 storage를 함께 알아야 한다.
Definition/factory/runtime contract와 contribution/policy 경계를 분리하면 stable source
identity와 deterministic reduction owner를 유지하면서 실제 두 element 구현을 공통
consumer로 연결할 수 있다. Focused facade 분할은 외부 계약을 바꾸지 않고 큰 translation
unit의 서로 다른 failure-atomicity 책임을 검토 가능하게 한다.
**트레이드오프**: Base object, factory와 contribution record가 늘고 checked compatibility에
한 단계의 indirection이 생긴다. 대신 `std::shared_ptr`, speculative `Clone()`, global
registry와 future-only material/analysis capability는 도입하지 않는다. B33/MITC4의 승인된
formulation, 연산·reduction 순서, sign, units, coordinates와 result identity가 이
리팩터링보다 우선하며 HDF5 schema, reference artifact와 ADR-014/ADR-020 tolerance는
변경하지 않는다. MITC3, solid, dynamic과 plastic behavior는 별도 feature gate 전까지
구현된 것으로 간주하지 않는다.
### ADR-022: 외부 reference comparison은 공통 family-scale 정책을 사용한다
운영 상수, 검증 순서, report schema와 변경 관리는 `docs/TOLERANCE.md`를 따른다.
**결정**: B33, MITC4와 이후 기능의 외부 reference comparison은 동일한 무차원 수치
정책을 사용한다. 같은 model/case, step/frame, logical quantity, unit dimension, coordinate
system과 blocking behavior의 component family에 대해 reference-only scale
`S=max(abs(reference))`를 계산한다. `abs(reference)<=0.01*S`인 행은
`abs(fesa-reference)<=0.01*S`, 나머지 행은 `abs(fesa-reference)/abs(reference)<=0.05`를
만족해야 한다. 모든 행과 함께 family scale-relative RMS `RMS(error)/S<=0.01`도
통과해야 한다. 독립 absolute-error gate는 두지 않으며 `S=0`이면 모든 FESA 값도 exact
zero일 때만 통과한다.
B33 family는 translation, rotation, reaction force, reaction moment, section force와
section moment로 구분한다. 2026-08-18에 다시 생성된 elemental-force CSV의
`Element Label`과 `Node Label`을 사용해 `(instance, element, endpoint node, component)`를
HDF5 endpoint에 직접 대응하고 node-station collapse나 평균을 사용하지 않는다. MITC4는
translation `U1/U2/U3` family를 blocking으로, rotation `UR1/UR2/UR3` family를
warning-only로 유지한다.
**이유**: Feature별 absolute floor와 fixed absolute tolerance는 모델 단위와 크기에 따라
서로 다른 엄격도를 만들었다. 개별 component scale은 물리적으로 zero-like인 MITC4
`U1/U2` residue를 자체 scale로 만들어 잘못 실패시킨다. 동일 차원의 family scale,
near-zero 대체 분기와 relative RMS를 결합하면 zero row의 불안정한 raw relative error를
피하면서 모든 행과 전체 오차 수준을 함께 검사할 수 있다. B33의 element-endpoint identity는
reference와 HDF5가 제공하는 실제 source identity를 보존한다.
**트레이드오프**: Family 최대값이 작은 component의 허용폭을 결정하므로 행별 relative
gate와 family RMS gate를 모두 유지해야 한다. Reference family 전체가 zero이면 별도
절대 scale이 없으므로 exact-zero만 허용하는 엄격한 fail-closed 정책이 된다. 기존 B33과
MITC4 verification report 및 comparator schema는 새 정책에 맞춰 다시 생성해야 하지만
reference artifact, HDF5 schema, element formulation과 blocking/warning 분류는 변경하지
않는다.
### ADR-023: Nonlinear Static은 prepared dispatch와 accepted-frame evidence로 분리한다
**결정**: CLI는 하나의 `.inp` operand만 받고 input lexical sibling
`<stem>_results.h5`와 `<stem>_log.txt`를 유도한다. `--output`은 지원하지 않는다.
`PrepareAnalysisInput()`이 syntax/semantic map을 한 번만 수행하고, prepared Domain의
procedure identity가 linear static 또는 separate nonlinear full-Newton procedure를 선택한다.
Nonlinear procedure는 trial/committed state, unsymmetric tangent solver와 iteration log를
독립적으로 소유하며 log close 뒤에만 schema-v1 HDF5 writer가 accepted frames를 atomic publish한다.
schema-v1 `/global/equilibrium`의 six values는 global origin `[0,0,0]`에서 current `X+u`
force arm과 spatial physical nodal moments를 쓴 applied-plus-constrained-reaction balance
error다. Accepted free generalized residual과 constrained-reaction resultant는 distinct
projections이며 result dataset을 서로 대체하지 않는다. Nonlinear reference portfolio는 fine
primary `shellNL-meshfine`, coarse companion `shellNL`, linear control `shell`을 분리한다.
External U is blocking, UR is warning-only, local RF/RM is review-only, and RM3/stress is excluded;
the factor-one internal global force/moment balance and accepted free residual remain blocking.
**이유**: Input parse, linear lifecycle, nonlinear trial state와 writer finalization을 한
procedure에 섞으면 output lifetime과 failure atomicity를 검증할 수 없다. Applied-plus-reaction
balance, constrained reaction과 free residual을 구분하면 nonzero prescribed translation/rotation
case에서도 force arm, mask와 rotation-coordinate conversion의 의미가 보존된다.
**트레이드오프**: Nonlinear path는 linear procedure보다 state/backend/writer 수가 늘고 fine
reference run 시간이 길다. 대신 HDF5 authoritative output, immutable CSV artifact와 external
solver internal-algorithm non-equivalence 원칙을 유지하며 local support-force distribution을
blocking tolerance로 위장하지 않는다.
docs/archive/pre-generalization/ARCHITECTURE.md
+506
View File
@@ -0,0 +1,506 @@
# 아키텍처
## 목표
FESA의 아키텍처 목표는 Abaqus `.inp` subset을 내부 semantic model로 변환하고, 유한요소 equation system을 구성해 구조해석 결과를 HDF5로 저장하며, reference comparison과 physics sanity가 가능한 C++17/MSVC 솔버 구조를 제공하는 것이다.
FESA의 element formulation과 numerical path는 Abaqus와 독립적이다. Abaqus `.inp`는
승인된 입력 형식이고 Abaqus CSV는 기능별 blocking quantity의 외부 수치 reference다.
Abaqus 내부 적분, stabilization, state 또는 recovery 동작은 FESA architecture contract가
아니다.
핵심 품질 속성:
- FEM formulation traceability
- explicit I/O contracts
- sparse linear algebra backend isolation
- deterministic verification
- incremental feature addition
- Harness 기반 TDD
현재 승인된 V0 end-to-end 기능은 `linear-static-3d-euler-beam`이다. 상세 계약의
source of truth는
`docs/superpowers/specs/2026-08-08-linear-static-3d-euler-beam-design.md`이며, 이 문서는
그 계약을 전체 solver architecture의 모듈과 데이터 흐름에 배치한다. 아래에 나타난
비선형, 동적, thermal 및 다른 element 계층은 장기 확장 경계이며 V0 지원 범위가 아니다.
## 현재 구현된 디렉토리 구조
```text
include/fesa/ # backend-neutral public C++ API
src/
fesa/
analysis/ # Analysis lifecycle, V0 LinearStaticAnalysis
app/ # CLI application and main
assembly/ # deterministic stiffness/load assembly, ParallelFor adapter
constraints/ # essential-constraint elimination and reconstruction
core/ # source identity, status, diagnostics
elements/ # current B33/MITC4 kernels and recovery
fem/ # DOF/equation numbering and sparse pattern
io/
abaqus/ # .inp syntax reader and semantic Domain mapper
hdf5/ # private HDF5 writer and atomic finalization
math/ # owning Vector, row-major Matrix, 0-based CSR SparseMatrix
model/ # concrete V0 semantic records and immutable Domain
results/ # recovery records, full residual, ResultsWriter boundary
solvers/
linear/ # LinearSolver interface and MKL PARDISO adapter
tests/
unit/ # local contracts and failure paths
integration/ # analysis orchestration and CLI contracts
reference/ # HDF5-to-Abaqus projection and comparison
reference/
<case-dir>/ # declared read-only Abaqus input/required CSV pair
.agents/
skills/ # Harness and review skills
.codex/
hooks.json # PreToolUse/Stop hook registration
agents/ # FESA workflow custom agents
skills/ # FESA solver workflow skills
docs/ # Product, architecture, ADR, workflow artifacts
scripts/
execute.py # Phase step executor
hooks/ # PreToolUse/Stop hook implementations
msvc_harness/ # MSVC project discovery and validation adapters
phases/ # Optional generated phase plans
```
`materials/`, `properties/`, `loads/`와 checked `ElementFactory`는 승인된 C++ modular
refactoring의 target boundary이며 후속 implementation Step에서 추가한다. 이
documentation-only Step 시점에는 현재 구현 디렉토리로 표시하지 않는다. Density,
plasticity, anisotropy, nonlinear/dynamic analysis, MPC/penalty, history output과 production
validation module은 계속 장기 확장 경계이며 별도 승인 기능이 필요하다.
## Harness Execution Layer
Harness는 solver core와 분리된 세 계층의 개발 운영 인프라다.
- 계획 계층: `.agents/skills/harness`가 사용자 승인 전 Step 초안을 만들고, 승인 후 `phases/` 파일을 생성한다.
- 실행 계층: `scripts/execute.py`가 `feat-<phase-name>` 브랜치에서 Step마다 독립 Codex 세션을 실행하고 상태와 커밋을 관리한다.
- 검증 계층: `.codex/hooks.json`이 `scripts/hooks/pre_tool_use.py`와 `scripts/hooks/stop_validation.py`를 연결한다. Stop 검증은 `scripts/msvc_harness/`를 통해 MSVC build와 test를 실행한다.
Runner는 `git add -A`를 사용하므로 clean worktree 또는 별도 Git worktree가 실행 전제다. 전체 동작 계약은 `docs/HARNESS_WORKFLOW.md`, 설치와 `.harness/config.json` 설정은 `docs/HARNESS.md`를 source of truth로 삼는다.
## CMake target과 dependency graph
Root CMake project는 C++17, extension off, CMake 3.25 이상을 요구하고
`cmake/FesaDependencies.cmake`, `src/fesa`, `tests`를 차례로 구성한다.
```text
MKL CONFIG package ─> Fesa::MKL ─┐
TBB CONFIG package ─> Fesa::TBB ─┼─> fesa_solver (STATIC) ─> fesa_cli
HDF5 CONFIG package ─> Fesa::HDF5 ─┘ │
├─> fesa_unit_tests
approved local GoogleTest source ─> GTest targets ├─> fesa_integration_tests
└─> fesa_reference_tests
```
- `FESA_GTEST_SOURCE_DIR`는 네트워크 fetch 대신 승인된 local GoogleTest source checkout을 가리키는 필수 cache path다.
- MKL, TBB, HDF5는 CONFIG package로 탐지한다. Package search가 설치를 찾지 못하면 `MKL_DIR`, `TBB_DIR`, `HDF5_DIR`를 configure 때 지정한다.
- Package별 imported target 이름은 `Fesa::MKL`, `Fesa::TBB`, `Fesa::HDF5`로 정규화한다. Product module은 vendor target 이름을 직접 선택하지 않는다.
- HDF5 package가 shared와 static C target을 모두 제공하면 approved Windows environment에서는 shared target을 우선한다. Static archive의 숨은 compiler-runtime 요구가 link interface 밖으로 새는 것을 피하기 위한 결정이다.
- `fesa_solver`는 외부 dependency를 `PRIVATE`으로 link하고 `/W4 /WX`를 사용한다. 따라서 public header는 MKL/TBB/HDF5/Win32 type을 포함하지 않아야 한다.
- Test executable은 unit, integration, reference 경계를 분리하며 `fesa_tests` target은 세 executable을 build하는 aggregate target이다. Reference target에만 source/build root compile definition을 제공한다.
### Windows runtime closure
Configure 성공은 executable이 GoogleTest discovery 또는 CLI 실행 시 필요한 DLL을 찾는다는
뜻이 아니다. `fesa_cli`와 세 test executable의 POST_BUILD 단계는 TBB, MKL thread/core/default
dispatch, OpenMP, `libmmd.dll`, HDF5를 포함한 imported-target runtime DLL을 executable 옆에
복사한다. 새 dynamic backend를 도입할 때는 link 성공뿐 아니라 clean environment에서의
post-build discovery/실행까지 runtime closure로 다뤄야 한다. 개인 설치 absolute path를
CMake source에 기록하지 말고 config package와 imported target metadata를 확장한다.
## 모듈 경계
- `core`는 외부 라이브러리에 의존하지 않는다.
- `io/abaqus`는 syntax와 semantic mapping만 담당하고 해석 알고리즘을 알지 않는다.
- `model`은 Abaqus keyword 문자열이 아니라 solver semantic model을 가지며 `Domain`과
non-owning `AnalysisModel`의 수명 경계를 소유한다.
- `materials`와 `properties`는 Domain이 소유하는 semantic identity와 현재 승인된
isotropic elasticity 및 beam/shell property data만 제공한다.
- `elements`는 Domain-owned `ElementDefinition`, runtime numerical `Element`, checked
`ElementFactory`와 element-local stiffness/recovery contract를 제공한다.
- `fem`의 `DofManager`는 DOF, equation ordering, scatter와 sparse pattern을 소유한다.
- `assembly`는 runtime element contribution과 ordered load contribution을 stable full-DOF
space에 조립한다. Contribution producer는 global storage를 직접 갱신하지 않는다.
- `loads`는 semantic target과 magnitude를 소유하고 ordered `LoadContribution`을 생성한다.
- `constraints`는 `ConstraintDefinition` 생성과 V0 essential BC elimination 및 full/reduced
vector 변환을 분리한다. MPC와 penalty는 현재 범위가 아니다.
- `solvers`는 `LinearSolver` 뒤에 MKL PARDISO 세부 구현을 감춘다. TBB는 `assembly/ParallelFor`, HDF5는 `results/ResultsWriter` 경계 뒤에 각각 격리된다.
- `analysis`는 step/history data를 받아 procedure를 실행하고 solver backend와 result writer를 조율한다.
- `results`는 full residual과 B33/MITC4 rows를 복구하고 backend-neutral writer contract를
제공한다. HDF5 schema 구현은 `io/hdf5`가 담당한다.
- test helper는 production parser/solver 내부 상태를 우회하지 않는다.
## 승인된 리팩터링 dependency와 ownership
다음 graph는 C++ object-oriented modular refactoring의 구현 방향을 고정한다. `owns`는
단독 수명 소유권을, 나머지 화살표는 왼쪽 consumer가 오른쪽 contract를 사용한다는
뜻이다. 이 graph는 기존 B33/MITC4 물리 기능을 늘리지 않는다.
```text
Domain owns ElementDefinition / ElementProperty / Material / StepDefinition
AnalysisModel is a non-owning stable-index view into Domain
ElementFactory creates runtime Element candidates from compatible definitions
DofManager -> ElementDofLayout
SparseAssembler -> ElementStiffnessContribution
ResultRecovery -> ElementResultBundle
LoadAssembler -> ordered LoadContribution
EssentialConstraintPolicy -> ConstraintDefinition
Analysis <- LinearStaticAnalysis
```
승인된 B33/MITC4 formulation, operation/reduction order, sign, units, coordinates와 row
identity는 이 ownership 리팩터링보다 우선한다. HDF5 schema, reference artifact와
ADR-014/ADR-020 tolerance도 변경하지 않는다.
`Domain`은 `ElementDefinition`, `ElementProperty`, `Material`과 `StepDefinition` base
object를 `std::unique_ptr`로 단독 소유하고 const access를 제공한다. Collection position은
기존 stable `EntityIndex` 의미를 유지한다. `AnalysisModel`과 solver consumer는 ownership을
가져오지 않고 Domain 수명 안에서 stable index 또는 const reference만 사용한다.
`std::shared_ptr`, speculative `Clone()`과 global registry는 이 계약에 포함되지 않는다.
`ElementDefinition`은 source identity, source element type, connectivity와
property/material identity를 보존하는 semantic object다. Runtime `Element`는 active
`ElementDofLayout`, `ElementStiffnessContribution`과 `ElementResultBundle`을 제공하는
numerical kernel이다. `ElementFactory`만 compatible definition/property/material 조합을
검사해 runtime candidate를 만들며 unknown 또는 incompatible 조합을 기존
`Status`/`Result<T>` diagnostic으로 fail-closed 처리한다. `DofManager`,
`SparseAssembler`와 `ResultRecovery`는 B33/MITC4 concrete storage가 아니라 위 runtime
contract를 소비한다. Linear-static candidate는 runtime `Element`를
`std::vector<std::unique_ptr<Element>>`로 소유하고, consumer에는 그 owner 수명 안에서만
유효한 non-owning `ElementView`를 제공한다.
`Material` base는 identity, source location과 수명 의미만 공유한다. 현재 concrete
isotropic linear elasticity에 필요한 capability만 사용하며 density, anisotropy, plastic
state, temperature 또는 rate dependency를 optional field나 no-op method로 미리 추가하지
않는다. `ElementProperty`도 beam/shell이 실제 사용하는 data만 각 concrete type에 둔다.
`Load`는 semantic target과 magnitude를 소유하고 source order가 보존된
`LoadContribution`을 생성한다. Global vector의 deterministic accumulation은
`LoadAssembler`만 수행한다. `BoundaryCondition`은 `ConstraintDefinition`을 생성하고
`EssentialConstraintPolicy`가 prescribed displacement의 stable elimination과
reconstruction을 수행한다. Future distributed/body load와 MPC enforcement는 구현된
기능이 아니며 별도 승인 계약 없이 이 경계에 branch나 optional state를 추가하지 않는다.
책임이 큰 facade는 외부 계약을 유지한 채 private implementation만 다음 owner로 나눈다.
- Abaqus Domain mapping: topology, material/property, step/load/boundary mapping과 final
Domain assembly
- Result recovery: global equilibrium, beam recovery, shell recovery와 atomic state commit
- HDF5 writing: RAII/primitives, model datasets, result datasets, self-check와 atomic
finalization
이 분할은 parser diagnostic, `ResultsWriter` boundary, HDF5 schema 또는 final-file
atomicity를 변경하지 않는다.
## V0 입력 경계
V0 parser는 keyword와 parameter를 case-insensitive하게 해석하되 source label의 원문을
보존한다. 지원하는 model/procedure keyword는 다음과 같다.
- `*HEADING`
- `*PART`, `*END PART`
- `*NODE`
- `*ELEMENT, TYPE=B33`
- `*NSET`, `*ELSET`, including `GENERATE`
- `*MATERIAL`, `*ELASTIC`
- `*BEAM GENERAL SECTION, SECTION=GENERAL`
- `*SECTION POINTS`
- `*ASSEMBLY`, `*END ASSEMBLY`
- `*INSTANCE`, `*END INSTANCE`
- `*BOUNDARY`, `*CLOAD`
- `*STEP`, `*STATIC`, `*END STEP`
Part 내부 label은 `SourceEntityId { instance_name, source_label }`로 보존하고 Domain은
별도 stable internal index를 부여한다. 같은 part의 여러 identity instance는 허용하지만
translation/rotation data와 nested assembly는 구조화된 unsupported diagnostic으로
거부한다. 입력 파일당 하나의 static step만 허용하고 두 번째 step은 오류다.
`*PREPRINT`, `*RESTART`, `*TRANSVERSE SHEAR STIFFNESS`, `*OUTPUT, FIELD`,
`*OUTPUT, HISTORY`, `*NODE OUTPUT`, `*ELEMENT OUTPUT`, `*CONTACT OUTPUT` 및 그에 속한
미지원 output variable data는 warning 후 no-op 처리한다. 이 allowlist 밖의 미지원
model-affecting keyword는 오류다. FESA output은 Abaqus output request에 좌우되지 않는다.
## V0 beam과 section 계약
`EulerBeam3D`는 2절점과 절점당 `[UX, UY, UZ, URX, URY, URZ]` 6 DOF를 사용하며 축,
두 방향 Euler–Bernoulli 굽힘과 Saint-Venant 비틀림을 제공한다. Beam tangent를 local
`x`, Abaqus first section axis `n1`을 local `y`, `t x n1`을 local `z`로 둔다.
`*BEAM GENERAL SECTION`의 `A, I11, I12, I22, J`는 `Iy=I11`, `Iz=I22`로 매핑하고
V0는 `I12=0`만 허용한다. `E`, `G`, `A`, `Iy`, `Iz`, `J`는 양수여야 하며 zero-length
element와 tangent에 평행한 guide vector를 scale-aware tolerance로 거부한다.
요소 API는 stiffness, transformation, load와 recovery 책임을 분리한다.
```cpp
Matrix localStiffness() const;
Matrix globalStiffness() const;
Vector localEquivalentLoad(const ConstantLocalLineLoad& load) const;
BeamRecovery recover(const Vector& globalElementDisplacement) const;
```
`localEquivalentLoad`는 formulation의 constant local line-load kernel을 unit test하기
위한 계약이다. V0 parser는 `*DLOAD`나 distributed-load Domain object를 생성하지 않으므로
CLI pipeline에서는 이 kernel을 호출하지 않는다. Stiffness와 recovery는 formulation의
2점 Gauss rule과 부호 규약을 따른다.
## 핵심 객체 모델
```text
Domain
├── owns nodes, sets and source identity
├── owns unique_ptr<ElementDefinition / ElementProperty / Material>
├── owns StepDefinition with Load / BoundaryCondition definitions
└── owns source path/identity and mapping warnings
AnalysisModel
├── non-owning stable-index view into Domain
├── stable active element/BC/load definition indices
└── reachable material/property indices
ElementFactory
└── creates checked runtime Element candidates
Element
├── exposes ElementDofLayout
├── produces ElementStiffnessContribution
└── recovers ElementResultBundle
DofManager
├── owns node x [UX,UY,UZ,URX,URY,URZ] full-DOF numbering
├── owns stable free/constrained order and prescribed values
├── owns element scatter maps
└── owns full-space CSR structural pattern
AnalysisState
├── displacement U
├── external force Fext
├── internal force Fint
├── residual R and full-index reaction
├── StepFrameIdentity
└── endpoint, Gauss and S11 recovery rows
Analysis
└── LinearStaticAnalysis
Vector
Matrix
SparseMatrix
```
위 abstract boundary는 현재 B33/MITC4, isotropic linear elasticity, beam/shell property,
concentrated nodal load, prescribed displacement와 linear static procedure를 연결하는 데
필요한 최소 계약이다. MITC3, solid, dynamic, frequency, heat-transfer와 plastic behavior는
구현된 기능이 아니며 승인된 사용 사례 전에 future-only method나 state를 base에 추가하지
않는다.
## 상태 관리
- `Domain`은 입력 파일에서 만들어진 전체 모델 정의를 `std::unique_ptr`로 단독 소유한다.
파싱 이후에는 가능한 한 불변으로 취급하고 stable collection index를 바꾸지 않는다.
- `LinearStaticAnalysis`가 `Domain`을 소유하고, 그 뒤에 `AnalysisModel`, `DofManager`, `AnalysisState`, stiffness/RHS를 순서대로 만든다. 재사용 시에는 역순으로 해제하여 이전 Domain을 가리키는 view를 남기지 않는다.
- `AnalysisModel`은 현재 step에서 활성화되는 해석 객체들의 실행 view이다. `Domain`을 복사하지 않으므로 Domain이 반드시 더 오래 살아야 한다.
- `DofManager`는 자유도와 방정식 번호를 전담한다. `Node` 또는 `Element` 내부에 equation id를 분산 저장하지 않는다.
- `AnalysisState`는 V0 frame에 필요한 다섯 full-DOF vector와 recovery rows만 소유한다. Velocity, acceleration, temperature, iteration history, nonlinear element state는 해당 procedure가 승인될 때 별도 계약으로 추가한다.
- Result recovery는 모든 candidate vector/row를 검증한 뒤 state에 반영한다. 실패한 recovery가 앞선 유효 state를 부분적으로 덮어쓰지 않아야 한다.
## 데이터 흐름
```text
Abaqus input file
-> syntax parse and semantic mapping
-> immutable Domain 생성
-> 단일 step AnalysisModel view 생성
-> ElementFactory가 compatible definition에서 runtime Element candidate 생성
-> DofManager가 ElementDofLayout으로 DOF/scatter map/sparse pattern 생성
-> ElementStiffnessContribution의 deterministic COO-to-CSR 조립
-> ConstraintDefinition의 stable essential-constraint partition 생성
-> LinearSolver::factorize(Kff)
-> ordered LoadContribution의 full nodal load vector 조립
-> effective RHS = Ff - Kfc * dc
-> LinearSolver::solve(rhs, df) substitution
-> full displacement 복구
-> full residual/reaction = K*d - F 및 ElementResultBundle 복구
-> ResultsWriter로 derived `<stem>_results.h5` atomic finalization
```
### 승인된 Nonlinear Static 경로
`PrepareAnalysisInput()`은 input syntax와 semantic Domain을 정확히 한 번 만든다.
`ExecutePreparedAnalysis()`는 sole static step의 procedure identity로 linear static 또는
nonlinear static executor를 선택하며 두 procedure의 mutable state를 공유하지 않는다.
Nonlinear executor는 committed/trial `NonlinearAnalysisState`, full unsymmetric CSR tangent
solver와 closed-before-finalization Newton iteration log를 소유한다. Completion 뒤
`FinalizePreparedAnalysisResult()`가 selected backend-neutral writer로 only accepted frames를
atomic finalization한다.
Nonlinear schema v1의 factor-one `/global/equilibrium`은 raw full-residual sum이 아니라
global origin `[0,0,0]`에서 current `X+u` force arm과 independently spatialized applied and
masked constrained-reaction moments를 합한 applied-plus-reaction balance error다. Accepted
free residual은 generalized residual의 free mask projection이고 constrained-reaction resultant는
별도 review summary다. 어느 quantity도 다른 quantity의 substitute가 아니다.
강성행렬 factorization은 하중벡터 조립보다 먼저 수행한다. 반력은 element end action의
별도 합이 아니라 조립된 전체 residual에서 구한다. Constrained component는 physical
reaction이고 free component는 equilibrium residual evidence로 full-index vector에 남긴다.
## 해석 실행 흐름
`Analysis` base는 procedure-specific protected hook을 정의하지 않고 최소 실행 계약인
`Analysis::Run(const AnalysisRequest&)`만 제공한다. 다음 여덟 단계의 순서와 fail-fast
경계는 `LinearStaticAnalysis::Run()`의 private lifecycle이며 다른 procedure에 강제되지
않는다.
| 순서 | Private stage | 주요 작업과 생성되는 소유 객체 | 순서/실패 불변식 |
| --- | --- | --- | --- |
| 1 | `Initialize(request)` | `.inp` syntax read, semantic map, owned immutable `Domain`, sorted warnings | 이전 run의 dependent object를 역순으로 제거하고 parse/map 실패를 input category로 반환한다. |
| 2 | `BuildAnalysisModel()` | non-owning `AnalysisModel` view | Domain을 복사하지 않으며 Domain lifetime 안에서만 사용한다. |
| 3 | `BuildDofMapAndSparsePattern()` | `DofManager`, zero-initialized `AnalysisState` | Stable full/free/constrained numbering과 structural pattern을 한 소유자에게 둔다. |
| 4 | `AssembleAndPartitionStiffness()` | full CSR K와 `Kff/Kfc/Kcf/Kcc` | Element-local buffer를 deterministic하게 reduce하고 structural zero와 stable order를 보존한다. |
| 5 | `Factorize()` | retained `Kff` factorization | 모든 load assembly보다 먼저 호출한다. Valid fully constrained model의 `0 x 0 Kff`는 trivial success다. |
| 6 | `AssembleLoadsAndEffectiveRhs()` | full F와 `Ff-Kfc*dc` | Semantic load source order와 finite sum을 보존하며 solver를 호출하지 않는다. |
| 7 | `SubstituteAndReconstruct()` | free solution과 full displacement | Factorization을 재수행하지 않고 substitution한 뒤 prescribed value를 stable order로 복구한다. |
| 8 | `RecoverAndWriteResults()` | full residual/reaction, B33/MITC4 rows, final HDF5 | Recovery candidate를 원자적으로 commit하고 writer 성공 뒤에만 최종 output을 교체한다. |
비선형 정적 및 동적 해석은 V0 범위가 아니며 별도 ADR과 formulation을 승인한 뒤 이
lifecycle과 state/equation 계약을 별도 procedure에 정의한다. LinearStaticAnalysis의
private stage 사이에 조용히 반복·증분·시간 적분 동작을 삽입하지 않는다.
## 설계 패턴
- Strategy/Adapter Pattern: `Analysis::Run(const AnalysisRequest&)`, `LinearSolver`,
`ParallelFor`, `ResultsWriter`가 현재 승인된 public 실행/backend 경계다. Vendor API는
concrete adapter implementation 안에만 둔다.
- Procedure-owned lifecycle: `Analysis`는 protected Template Method hook을 공유하지 않고
`LinearStaticAnalysis`가 승인된 여덟 단계 lifecycle을 private하게 소유한다.
- Syntax/Semantic separation: `AbaqusInputReader`는 syntax record를 만들고 `AbaqusDomainMapper`가 승인된 keyword 의미를 concrete Domain record로 변환한다.
- Runtime Polymorphism: backend와 승인된 analysis/element/material/property/load/boundary
경계에만 사용한다. Factory compatibility는 중앙에서 fail-closed로 검사하며 global
registry 또는 future-only capability를 추가하지 않는다.
- RAII: MKL handle, HDF5 file/dataset, temporary solver workspace의 수명과 오류 처리를 wrapper에 묶는다.
## Sparse Matrix Policy
- Assembly는 element마다 index-addressed contribution buffer를 만들고, join 뒤 COO tuple을 stable order로 정렬해 한 thread에서 순서대로 합산한 후 CSR로 finalize한다.
- `SparseMatrix`는 0-based CSR 데이터를 소유하는 별도 타입이며 dense `Matrix`를
상속하지 않는다. MKL PARDISO backend는 adapter 경계에서 필요한 descriptor와 indexing을
변환한다.
- CSR row offset, sorted-unique column, dimensions, finite values를 construction boundary에서 검증하며 structural zero를 삭제하지 않는다.
- Parallel worker는 global sparse matrix나 shared reduction accumulator를 직접 갱신하지 않는다. Worker별 failure slot과 contribution만 쓰고, deterministic reduction은 join 뒤에 수행한다.
- Matrix symmetry와 factorization/substitution failure는 solver adapter가 구조화된 solver diagnostic으로 번역한다. 승인되지 않은 regularization이나 fallback으로 singularity를 숨기지 않는다.
## Dense Math Policy
- `Vector`는 contiguous `double` 데이터와 크기를 소유하고 copy, dot, Euclidean norm,
scale, axpy를 MKL CBLAS adapter로 수행한다.
- `Matrix`는 row-major contiguous `double` 데이터와 dimensions를 소유하고
matrix-vector 및 matrix-matrix 연산에 `CBLAS_ROW_MAJOR`를 사용한다.
- 두 타입은 copy/move semantics와 bounds-checked access를 제공한다.
- MKL header와 MKL-specific type은 adapter implementation 밖으로 노출하지 않는다.
## Parallel Policy
- `ParallelFor`는 `[0,count)` index-addressed 독립 작업만 노출하며 `SerialParallelFor`와 `TbbParallelFor`가 같은 observable contract를 가진다.
- 첫 oneTBB 적용 지점은 element-local stiffness 계산이다. 각 callback은 자기 index의 output slot만 쓴다.
- 전역 sparse write와 부동소수 reduction은 parallel callback 밖의 deterministic 단계로 제한한다.
- MKL 내부 thread와 TBB element loop가 oversubscription을 만들지 않도록 thread count와 task arena 정책을 명시한다.
## HDF5 Result Schema
```text
/metadata
/model/nodes
/model/elements
/steps/<step-name>/frames/0/nodal/displacement
/steps/<step-name>/frames/0/nodal/reaction
/steps/<step-name>/frames/0/element/end_force_local
/steps/<step-name>/frames/0/element/section_resultant
/steps/<step-name>/frames/0/element/generalized_strain
/steps/<step-name>/frames/0/element/stress_s11
/diagnostics
```
Schema requirements:
- schema version, units, coordinate system, solver version, source input identity를 metadata에 기록한다.
- field output과 history output을 구분한다.
- reference comparison을 위한 row identity는 node id, element id, integration point id, step/frame id를 포함한다.
- FESA solver는 input lexical sibling `<stem>_results.h5`를 authoritative output으로 쓰며,
같은 directory의 `<stem>_log.txt`는 procedure log다.
- Abaqus reference results는 기능 문서가 선언한 기존 CSV 파일이다. Directory/file
naming, README, metadata 또는 provenance는 architecture readiness 조건이 아니다.
- Verification은 기능이 요구하는 source identity와 component를 결정적으로 대응시키고
승인 tolerance를 적용한다. Missing/extra/duplicate/nonfinite required row는 숫자 비교
전에 실패한다. 단일 step/final-frame 기능은 별도 CSV step/frame 열을 요구하지 않는다.
- FESA HDF5에서 추출한 deterministic CSV view는 optional debugging/review artifact이며 공식 solver output 또는 reference artifact가 아니다.
- Writer는 final과 같은 directory의 임시 HDF5에 전체 schema를 쓴 뒤 flush, checked close,
read-only reopen/self-check를 수행한다. Existing final은 `ReplaceFileW`, 새 final은
`MoveFileExW(..., MOVEFILE_WRITE_THROUGH)`로 완료하며 실패 시 temporary artifact를
정리하고 불완전한 파일을 정상 `<stem>_results.h5`로 노출하지 않는다.
## V0 결과 복구와 reference normalization
- Nodal displacement와 reaction은 global `[UX, UY, UZ, URX, URY, URZ]` 순서다.
- Equilibrium end action은 local `[FX,FY,FZ,MX,MY,MZ]`, endpoint section resultant는
`[N,T,My,Mz]`, generalized strain/resultant는 두 Gauss point에 기록한다.
- General beam section stress는 section point의 axial `S11`만 복구한다. Section point가
없으면 centroid `(0,0)`을 `source=fesa-default`로 기록한다.
- 승인된 `reference/cantilever beam/cantilever beam elemental forces.csv`는 각 B33
element의 두 endpoint에 `Element Label`, `Node Label`과 `SF1/SM1/SM2/SM3`을 제공한다.
`(instance, element label, endpoint node label, component)` identity로 HDF5
`[element,endpoint,N/T/My/Mz]`에 직접 대응하고 `SF1 -> N`, `SM1 -> My`, `SM2 -> Mz`,
`SM3 -> T`로 비교한다. External reference comparison은 node-station collapse나 평균을
사용하지 않는다.
- Reference tolerance는 같은 model/case, step/frame, logical quantity, unit dimension,
coordinate system과 blocking behavior의 component family에서 Abaqus-only scale
`S=max(abs(reference))`를 구한다. `abs(reference)<=0.01*S`인 행은 absolute error
`<=0.01*S`, 그 외 행은 relative error `<=0.05`로 판정하며 family scale-relative RMS
`RMS(error)/S<=0.01`도 통과해야 한다. 독립 absolute-error gate는 사용하지 않고
zero-scale family는 FESA도 exact zero일 때만 통과한다. 전체 판정 과정과 report/change
management contract는 `docs/TOLERANCE.md`를 따른다.
- Beam stress는 HDF5 schema와 unit/analytical test로 검증하지만 Abaqus reference
comparison은 N/A다.
## CLI와 diagnostics
```powershell
fesa.exe <model.inp>
```
CLI는 input과 같은 lexical sibling directory에 `<stem>_results.h5`와
`<stem>_log.txt`를 유도하고 `--output`을 거부한다. Exit code는
`0=success`, `2=usage`, `3=input syntax/semantic mapping`, `4=model validation`,
`5=factorization/substitution`, `6=HDF5 output`으로 고정한다. Diagnostic은 `severity`,
`code`, `file`, `line`, `keyword`, `entity_identity`, `message`를 가지며 stderr에
deterministic한 순서로 출력한다.
## 기능 확장 플레이북
다음 표는 코드 위치만이 아니라 함께 바뀌어야 하는 계약 경계를 나타낸다. 한 열만
구현하고 다른 열을 생략하면 internal utility 또는 실험 kernel일 수는 있어도 제품 기능은
아니다.
| 기능 유형 | 시작 전에 고정할 것 | 주요 구현 경계 | 함께 검증할 것 | 피해야 할 shortcut |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 새 element/material | DOF, interpolation, constitutive law, integration, local axes/sign, feature-approved validity boundary | Domain record와 mapper, element kernel, DofManager scatter/pattern, SparseAssembler, ResultRecovery | feature-required invariants/tests and blocking reference quantities | 서로 다른 물리를 같다고 주장, source ID와 internal index 혼용, 검증 전 범용 hierarchy 추가 |
| 새 load/constraint | Abaqus target grammar, application order, units, follower 여부, prescribed-value 의미 | Syntax/mapper, Domain target, full-space LoadAssembler 또는 constraint partition, diagnostics | set/direct target ambiguity, multi-instance identity, nonfinite sum, `Ff-Kfc*dc`, reaction | Element load kernel 존재를 parser 지원으로 간주, penalty를 elimination에 몰래 혼합 |
| 새 analysis procedure | governing equation, state variables, increment/time lifecycle, tangent/residual, convergence와 output frame | 별도 Analysis implementation, procedure-specific state/equation owner, solver interface extension | orchestration order, failure atomicity, restart/frame identity, numerical benchmark | V0 hook 사이에 조건문으로 반복/시간 적분 삽입, 사용하지 않는 future state 선할당 |
| 새 numerical backend | matrix/index contract, lifecycle, reusable state, failure taxonomy, thread/runtime policy | 기존 `LinearSolver` 또는 `ParallelFor` interface의 concrete adapter, CMake normalized target | empty/dimension/extreme-scale input, repeated call, failed-output preservation, clean runtime discovery | Vendor type을 public header에 노출, silent fallback/regularization, absolute install path 고정 |
| 새 output/reference quantity | 물리 정의, location, sign, units, coordinates, stable row identity, mandatory 여부, tolerance | Result record/recovery, AnalysisState, ResultsWriter/HDF5 schema, comparator projection | schema dtype/shape, ordering, nonfinite rejection, identity inventory, reference N/A 대체 evidence | 서로 다른 result identity 혼합, station mismatch 평균, output request로 mandatory result 제거 |
모든 확장은 PRD의 제품 완료 정의와 요구조건→정식화→I/O→구현→reference→physics gate를
따른다. 기존 feature contract에 없는 범위를 편의상 “Abaqus compatible”이라고 넓히지 않는다.
## MITC4 확장 경계
MITC4가 구현될 때 Abaqus `S4`와 `S4R` source type은 같은 FESA formulation을 선택한다.
Source type은 metadata/diagnostic identity로 보존하지만 FESA integration 또는 hourglass
경로를 선택하지 않는다. 6-DOF embedding의 비물리 drilling coordinate에는 physical
rotational stiffness block의 positive minimum diagonal에 `1e-3`을 곱한 고정 numerical
stabilization만 둔다. Drilling calibration, artificial-energy policy와 별도 drilling result
dataset은 이 기능 범위가 아니다.
Full-integration FESA-MITC4의 reference comparison은 `reference/shell/` S4의 기존 input 및
displacement CSV만 사용한다. Global `U1/U2/U3` translation family만 blocking이고
`UR1/UR2/UR3` rotation family는 warning-only evidence다. 두 family 모두 ADR-022의 공통
family-scale row/RMS 정책을 사용한다. S4R은
같은 kernel을 선택하는 source mapping과 metadata를 unit/integration tests로 검증하며
`reference/shellR/` artifact는 acceptance comparison에 포함하지 않는다.
Approved nonlinear MITC4 verification은 `reference/shellNL-meshfine/` fine primary,
`reference/shellNL/` coarse companion과 `reference/shell/` linear control을 각각 독립
copied-input directory에서 실행한다. Factor-one global force/moment balance와 accepted free
residual은 blocking internal evidence다. External `U1/U2/U3`는 blocking, `UR1/UR2/UR3`는
warning-only이며 local nodal `RF1/RF2/RF3/RM1/RM2`는 deterministic review-only evidence다;
`RM3`와 stress는 nonlinear numerical comparison에서 제외한다.
docs/archive/pre-generalization/PRD.md
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View File
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# PRD: FESA 구조해석 솔버
## 목표
FESA는 Abaqus `.inp` keyword subset을 입력으로 받아 자체 유한요소 정식화로 구조해석을
수행하고, step/frame 단위 결과를 input lexical sibling `<stem>_results.h5` HDF5로 저장하며, 기능이 지정한 Abaqus
reference CSV 수치와 비교 가능한 C++17/MSVC 솔버를 제공한다. Abaqus의 요소 알고리즘,
적분법, stabilization 또는 내부 결과 생성 절차를 재현하는 것은 목표가 아니다.
이 프로젝트의 성공 기준은 단순 실행 성공이 아니다. 기능 구현은 요구조건, 정식화,
I/O 계약, C++ build/test와 기능별 blocking reference comparison을 통과해야 완료된다.
Physics sanity와 release readiness는 구현 완료 뒤 별도 배포 판단을 제공하며 Abaqus 내부
동작 동등성을 요구하지 않는다.
## 사용자
- Solver developer: C++17/MSVC/CMake/CTest 환경에서 요소, 재료, 해석 절차, solver backend를 구현한다.
- Verification reviewer: reference artifact, tolerance, physics sanity, release readiness를 검토한다.
- Analyst preparing Abaqus-compatible input subsets: FESA가 지원하는 제한된 `.inp` subset에 맞춰 입력 모델을 준비한다.
- Codex agent workflow operator: project-local agent와 skill을 사용해 요구조건부터 release까지의 gate를 운영한다.
## 핵심 기능
1. Abaqus `.inp` keyword subset parser와 내부 `Domain` semantic model 생성
2. `AnalysisModel`, `DofManager`, `AnalysisState` 기반의 step별 equation system 구성
3. 선형 정적 해석을 시작점으로 하는 `Analysis` procedure 계층
4. Stable source identity를 보존하는 concrete V0 node, B33 element, material, section, boundary, load record
5. sparse matrix pattern 생성, 전역 행렬/벡터 조립, 제약조건 적용
6. `LinearSolver`, `ParallelFor`, `ResultsWriter` interface를 통한 MKL PARDISO, oneTBB, HDF5 backend 격리
7. HDF5 기반 versioned step/frame field-result 저장과 향후 history-output 확장 경계
8. FESA HDF5 rows와 `reference/<model-id>/` 아래 Abaqus reference CSV rows의 직접 비교
9. CMake/MSVC/x64/Debug, CTest 기반 개발 검증
Element/material 계층의 일반적인 runtime polymorphism, iterative solver, history output은 장기 확장 방향이다. 현재 제품 계약으로 간주하지 않으며, 실제 사용 사례와 성능·수명 요구가 승인되기 전에 추상 base class를 미리 추가하지 않는다.
## 사용자 관점 제품 흐름
1. 사용자는 승인된 Abaqus `.inp` subset으로 모델과 단일 analysis step을 기술한다.
2. FESA는 syntax를 읽은 뒤 semantic mapping과 model validation을 수행한다. 지원하지 않는 모델 의미는 구조화된 diagnostic과 안정된 exit code로 거부한다.
3. 해석 procedure는 active model view, DOF/equation map과 sparse system을 만들고, essential constraint elimination을 적용해 선형계를 factorize하고 substitution한다.
4. FESA는 full displacement를 복구하고 equilibrium residual/reaction과 element 결과를 계산한다.
5. 성공 시 output request와 무관한 mandatory 결과, metadata와 diagnostic을 versioned lexical sibling `<stem>_results.h5`에 기록한다. 실패 시 불완전한 최종 결과 파일을 정상 결과처럼 남기지 않는다.
6. 검증 workflow는 기능이 지정한 HDF5 quantity를 기존 Abaqus CSV의 source identity와
component에 대응시켜 tolerance를 판정하고, 별도로 equilibrium과 물리적 타당성을
검토한다. Reference bundle naming이나 provenance는 수치 비교 gate가 아니다.
Parser keyword, element kernel, solver backend 또는 output dataset 중 하나만 추가된 상태는 end-to-end 제품 기능이 아니다. 같은 기능의 입력 의미부터 외부 결과와 검증까지 연결되어야 한다.
## V0 범위
- 선형 정적 해석 파이프라인 구현
- 승인된 첫 end-to-end 기능: 2절점 3D Euler–Bernoulli beam, Abaqus `TYPE=B33`
- 입력 파일당 하나의 `*STEP, *STATIC`
- 절점당 자유도 `[UX, UY, UZ, URX, URY, URZ]`
- 축, 두 방향 굽힘, Saint-Venant 비틀림 및 선형 등방 탄성
- 최소 Abaqus keyword subset:
- `*HEADING`
- `*PART`, `*END PART`
- `*NODE`, `*ELEMENT, TYPE=B33`
- `*NSET`, `*ELSET`, including `GENERATE`
- `*MATERIAL`
- `*ELASTIC`
- `*BEAM GENERAL SECTION, SECTION=GENERAL`
- `*SECTION POINTS`
- `*ASSEMBLY`, `*END ASSEMBLY`
- `*INSTANCE`, `*END INSTANCE`
- `*BOUNDARY`
- `*CLOAD`
- `*STEP`, `*STATIC`, `*END STEP`
- `*PREPRINT`, `*RESTART`, `*TRANSVERSE SHEAR STIFFNESS`, `*OUTPUT, FIELD`,
`*OUTPUT, HISTORY`, `*NODE OUTPUT`, `*ELEMENT OUTPUT`, `*CONTACT OUTPUT`과 그에 속한
미지원 variable data는 warning 후 no-op 처리
- 같은 part의 여러 identity instance와 stable source label mapping
- nonzero prescribed displacement를 포함한 free/constrained partition
- formulation의 constant local line-load equivalent nodal vector kernel. V0 parser와 CLI는
`*DLOAD`를 지원하거나 이 kernel을 호출하지 않음
- deterministic COO-to-CSR stiffness assembly
- MKL PARDISO 기반 sparse direct solver
- stiffness factorization과 load-vector substitution 분리
- displacements, reactions, equilibrium end actions, section resultants, generalized results,
axial `S11` output
- HDF5 result schema v0
- `fesa.exe <model.inp>` CLI with lexical sibling result/log names
- 승인된 `reference/cantilever beam/` B33 결과와 displacement, reaction, section resultant
comparison; beam stress reference comparison은 N/A
## 승인된 Nonlinear Static 확장
- `*STATIC, NLGEOM=YES` 단일 step은 parse/map을 정확히 한 번 수행한 뒤 linear static과
분리된 full-Newton procedure로 dispatch한다. Nonlinear path는 별도 mutable state,
unsymmetric tangent solver, iteration log writer와 schema-v1 HDF5 writer를 사용한다.
- CLI는 정확히 하나의 `<model.inp>`만 받고 `<stem>_results.h5`와 `<stem>_log.txt`를 같은
lexical sibling directory에 유도한다. `--output`은 지원하지 않는다.
- Nonlinear HDF5 schema v1은 committed accepted frame만 기록한다. factor-zero는 metadata
baseline이며 accepted frame이 아니고, successful factor-one row는 unique
`load_factor=1.0` accepted frame이다.
- Factor-one `/global/equilibrium`은 global origin에서 current `X+u` arm과 spatial physical
moment를 사용한 applied-plus-constrained-reaction balance error다. Accepted free residual과
constrained-reaction resultant는 그 dataset의 대체 quantity가 아니다.
- `shellNL-meshfine`는 primary nonlinear case, `shellNL`은 companion, `shell`은 linear
regression control이다. `U1/U2/U3`는 blocking, `UR1/UR2/UR3`는 warning-only이며 local
`RF/RM`은 review-only (`RM3` 및 stress 제외)로 비교한다.
## 신규 기능의 제품 완료 정의
새로운 element, load, constraint, material, analysis procedure 또는 output quantity는 다음 조건을 모두 만족할 때 FESA 제품 기능으로 취급한다.
1. 지원 범위와 제외 범위, 실패 category, solver output의 units/coordinates/identity,
blocking reference quantity와 tolerance가 요구조건과 I/O 계약에 명시되어 있다.
2. 필요한 FEM 정식화와 recovery/sign convention이 검토되었고, 수치 위험과 검증 문제를 numerical review가 다룬다.
3. Syntax와 semantic mapping이 내부 모델에 안정된 source identity로 연결되며 잘못된 입력을 fail-closed로 거부한다. Kernel만 제공하는 기능은 parser/CLI 지원 여부를 별도로 표시한다.
4. DOF, sparse pattern, assembly, constraint, solver lifecycle과 mutable state ownership이 기존 아키텍처에 연결되거나 승인된 새 procedure 경계를 가진다.
5. Mandatory HDF5 schema와 diagnostic, CLI 실패 의미가 정의되고 failure path가 기존 state 또는 최종 output을 오염시키지 않는다.
6. Unit test가 local 수식과 validation을, integration test가 orchestration과 외부 계약을,
required reference comparison이 기능별 blocking quantity의 외부 수치 acceptance를
각각 증명한다. Reference가 N/A이면 그 이유와 대체 evidence를 명시한다.
## 기능 요구조건
| ID | 요구조건 | Acceptance Criteria | Verification Method |
| --- | --- | --- | --- |
| FESA-PRD-001 | FESA는 Abaqus `.inp` full compatibility가 아니라 승인된 keyword subset만 지원해야 한다. | 지원/미지원 keyword가 문서화되고, 미지원 keyword는 구조화된 diagnostic을 남긴다. | I/O contract review, parser unit test |
| FESA-PRD-002 | FESA는 입력 모델을 `Domain`으로 변환해야 한다. | nodes, elements, materials, properties, sets, loads, boundary conditions, step definitions가 semantic model에 보존된다. | parser integration test |
| FESA-PRD-003 | FESA는 현재 step의 실행 view를 `AnalysisModel`로 구성해야 한다. | active elements, loads, boundary conditions, properties/materials가 Domain 복사 없이 참조 또는 id view로 연결된다. | analysis model unit test |
| FESA-PRD-004 | FESA는 equation numbering과 constraint/free mapping을 `DofManager`에 집중해야 한다. | Node/Element 내부에 equation id를 분산 저장하지 않는다. | code review, DofManager unit test |
| FESA-PRD-005 | FESA는 해석 중 변하는 물리량을 `AnalysisState`에 저장해야 한다. | V0 displacement, external/internal force, residual, constrained reaction, step/frame identity와 element recovery rows가 출력에 연결되고 velocity, acceleration, temperature, iteration history는 할당하지 않는다. | state unit test, integration test |
| FESA-PRD-006 | FESA는 solver 결과를 derived HDF5 authoritative output `<stem>_results.h5`로 저장해야 한다. | V0 step/frame field results, metadata, diagnostics가 schema version과 함께 저장된다. | HDF5 schema test |
| FESA-PRD-007 | FESA는 기능이 지정한 Abaqus reference CSV quantity와 비교 가능한 deterministic source-row/component mapping을 제공해야 한다. | Required source IDs/components는 일대일 대응되고 missing/extra/duplicate/nonfinite row는 tolerance 전에 실패한다. Canonical naming, README, metadata, provenance 또는 CSV schema version은 요구하지 않는다. | reference comparison report |
| FESA-PRD-008 | FESA의 production C++ 변경은 테스트를 먼저 작성하고 실패를 확인한 뒤 구현해야 한다. | 관련 C++ test file, RED 실패와 후속 GREEN 성공 증거가 있고 Stop의 전체 MSVC build/test가 통과한다. | implementation report, Hook guardrail, CTest |
| FESA-PRD-009 | FESA는 외부 라이브러리 API를 solver core에 직접 노출하지 않아야 한다. | MKL, TBB, HDF5 의존은 adapter module에 제한된다. | architecture review, dependency review |
| FESA-PRD-010 | FESA 기능 구현 완료는 build/test와 기능별 blocking reference comparison 통과를 요구해야 한다. | Required CTest가 통과하고 선언된 blocking quantity가 승인 tolerance 안에 있다. Physics sanity와 release readiness는 별도 후속 gate다. | build/test report, reference verification report |
| FESA-PRD-011 | V0는 입력 파일당 하나의 linear static step과 Abaqus B33 3D Euler beam만 해석해야 한다. | 단일 B33 model은 해석되고, B31과 두 번째 step은 구조화된 unsupported diagnostic으로 거부된다. | parser/semantic unit test, CLI integration test |
| FESA-PRD-012 | V0는 Part/Assembly/Instance wrapper와 source identity를 보존해야 한다. | 여러 identity instance의 node/element/set label이 stable internal ID로 deterministic하게 매핑되고 transform 또는 nested assembly는 거부된다. | semantic mapping unit test |
| FESA-PRD-013 | Output-request allowlist는 해석 의미를 변경하지 않아야 한다. | 승인 keyword와 variable data는 warning 후 no-op이고, allowlist 밖 model-affecting keyword는 오류이며 기본 결과는 output request와 무관하게 생성된다. | parser diagnostic test, HDF5 integration test |
| FESA-PRD-014 | 선형 정적 pipeline은 stiffness factorization과 load substitution을 분리해야 한다. | `Kff` factorization이 load vector assembly보다 먼저 수행되고, `rhs=Ff-Kfc*dc` substitution으로 full displacement를 복구한다. | orchestration test, solver-adapter test |
| FESA-PRD-015 | FESA는 V0 결과와 diagnostic을 안정된 외부 계약으로 출력해야 한다. | CLI가 `0=success`, `2=usage`, `3=input`, `4=model`, `5=solver`, `6=HDF5` exit code를 사용하고 diagnostic field가 계약과 일치하며 HDF5가 displacement, reaction, end force, section resultant, generalized strain/resultant, axial `S11`을 포함하고 실패 시 불완전한 최종 파일을 남기지 않는다. | CLI integration test, HDF5 schema/atomicity test |
| FESA-PRD-016 | Dense와 sparse math storage 및 backend 경계를 분리해야 한다. | `Vector`는 contiguous, `Matrix`는 row-major contiguous storage와 MKL CBLAS를 사용하고 `SparseMatrix`는 별도 0-based CSR 타입이며 MKL 타입이 public core API에 노출되지 않는다. | math unit test, dependency review |
| FESA-PRD-017 | 모든 외부 reference comparison은 승인된 공통 family-scale tolerance를 사용해야 한다. | 각 matched row가 near-zero 대체 조건 또는 상대오차 `0.05`를 통과하고 각 family의 scale-relative RMS가 `0.01` 이하이며 missing/extra/duplicate/nonfinite row는 comparison 전에 실패한다. | reference comparison unit/integration test, verification report |
| FESA-PRD-018 | 승인된 B33 reference artifact는 현재 경로의 read-only baseline으로 유지해야 한다. | `reference/cantilever beam/` 파일을 rename, rewrite 또는 보정하지 않고 기능이 선언한 exact path에서 읽는다. | artifact inventory, Git diff review |
| FESA-PRD-019 | B33 beam section과 local axis를 Abaqus 의미에 맞게 매핑해야 한다. | `n1 -> local y`, `t x n1 -> local z`, `Iy=I11`, `Iz=I22`, `I12=0`을 적용하고 nonpositive property, zero-length element, tangent-parallel guide vector를 구조화된 model diagnostic으로 거부한다. | section-mapping unit test, element geometry test |
## 비기능 요구조건
- MSVC x64 Debug 환경에서 configure, build, CTest를 검증한다.
- reference test 결과는 deterministic해야 한다.
- HDF5 schema는 versioned contract로 관리한다.
- 모든 외부 reference comparison은 동일 logical quantity와 unit dimension의 component
family별 Abaqus-only maximum scale을 사용한다. Near-zero ratio는 `0.01`, 일반 행
상대오차는 `0.05`, family scale-relative RMS는 `0.01`이며 독립 absolute-error gate는
사용하지 않는다.
- B33 section resultant는 source element label과 endpoint node label로 직접 대응한다.
MITC4 `U1/U2/U3`만 blocking이고 `UR1/UR2/UR3` 초과는 warning-only다.
- parser, solver, HDF5 writer는 실패 원인을 구조화된 diagnostic으로 보고한다.
- oneMKL, oneTBB, HDF5는 CMake에서 명시 탐지하고 실패 원인을 분류한다.
- 대규모 모델 성능 최적화보다 V0의 명확성, 테스트 가능성, 검증 traceability를 우선한다.
## Acceptance Gates
1. Requirements approved: 기능 범위, 제외 범위, 입력, 출력, tolerance, 검증 물리량이 정의되어 있다.
2. Research evidence complete: 정식화와 benchmark 근거가 신뢰도와 한계와 함께 정리되어 있다.
3. Formulation reviewed: 약형, shape function, B matrix, constitutive contract, 수치적분, output recovery가 검토되어 있다.
4. I/O contract approved: Abaqus keyword subset, internal model mapping, HDF5 result contract,
required reference quantity의 최소 source-ID/component matching이 승인되어 있다.
5. Tests fail before implementation: C++/integration/reference test를 제품 코드보다 먼저 작성하고 같은 Step 안에서 RED 실패와 후속 GREEN 성공을 확인한다.
6. CMake/CTest pass: MSVC/x64/Debug 기준 configure, build, test가 통과한다.
7. Reference comparison pass: 기능이 blocking으로 선언한 FESA `<stem>_results.h5` quantity가
선언된 Abaqus CSV와 source identity/component별로 대응되고 승인된 tolerance 안에 있다.
8. Physics sanity pass: equilibrium, reaction consistency, displacement direction, symmetry, section-force consistency와 normalized residual이 검토되어 있다.
9. Release readiness pass: acceptance traceability, known limitations, release notes draft가 준비되어 있다.
## 제외 사항
- Abaqus full parser 호환
- Abaqus B31/Timoshenko beam
- 다중 analysis step과 step 간 load/BC propagation
- instance translation/rotation, nested assembly 및 dependent/independent mesh semantics
- `I12 != 0`, taper, offset, release, curved beam, warping
- Abaqus `*DLOAD` 입력과 Domain distributed-load object
- 승인된 fixed-load-factor nonlinear-static 범위를 벗어난 기하·재료비선형, dynamics,
contact, thermal effects
- transverse shear stress와 torsional shear stress recovery
- beam stress에 대한 Abaqus reference comparison
- Abaqus, Nastran 또는 reference solver 직접 실행 자동화
- Agent가 Abaqus reference CSV 파일을 임의 생성 또는 수정하는 작업
- GUI 또는 postprocessor
- Visual Studio `.sln`/`.vcxproj` 전용 MSBuild workflow
- plasticity와 shell end-to-end 구현