feat: adopt lumped mass and reduced-coordinate shell HHT
Integrate Hex8 mass verification and fixed-null-basis shell dynamics with numerical and physics handoff evidence. Preserve interrupted reference and full-validation status; full integration validation is deferred until after performance optimization.
This commit is contained in:
@@ -5,13 +5,15 @@
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- 기준: [프로젝트 지침](../../AGENTS.md), [제품 PRD](../PRD.md), [공통 ADR](../ADR.md#adr-028), [Feature PRD](PRD.md), [요구사항](requirements.md), [연구](research.md#research).
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- 관성의 전개식·초기 일관성·정확도 근거는 [formulation-inertia](formulation-inertia.md)가 소유한다. 영속 schema, C++ 저장 구조와 tolerance는 정의하지 않는다.
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2026-10-12 사용자는 actual shell의 축소 좌표 HHT 구현·검증과 full A의 진단용 filter-combination 의미/schema 구분을 승인했다. 채택 방향의 수식은 [축소 좌표 HHT](formulation-reduced-coordinate.md)가 소유한다. 아래 full-coordinate recurrence는 기존 구현과 비교 이력이며 축소법의 full q/v update 식으로 승계하지 않는다. 승인과 actual solver 검증 완료는 구분한다.
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## 1. 결론과 적용 범위
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**추천 후보는 유한회전 kinetic energy에서 유도한 관성력과, 물리적 가속도 `a` / 알고리즘 가속도 `A`를 분리하는 HHT 확장이다.** 일정 질량의 표준 HHT force weighting으로 정확히 환원한다. 단순히 `M(q)`를 기존 일정 질량 잔차에 대입하는 식은 추천하지 않는다. 이 차이는 [상세 §5](formulation-inertia.md#5-시간-정확도와-대안의-경계)에 유도한다.
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**사용자가 shell 속도 보간의 운동에너지를 그대로 적분하는 consistent mass를 선택했다.** 따라서 HHT 기본값과 이번 구현 범위는 consistent mass다. 같은 운동학의 scalar-moment nodal lumped 식은 비교용 이론 및 기존 eigen 회귀 참고이며 이번 HHT 구현 요구가 아니다. 선행 eigen 결과나 동적 reference와의 적합도로 선택한 것이 아니다. 유한회전 지원 범위를 작은 회전으로 축소하지 않는다.
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**2026-10-11 사용자가 고유치·HHT lumped mass를 승인했다([HHT-ADR-012](ADR.md)).** HHT는 아래 nodal kinetic measure의 `T_L/M_L`을 채택하고 기존 shell eigen nodal block lumping을 유지한다. `T_C/M_C`는 비교·유도 이력으로 보존한다. 선행 eigen 결과나 동적 reference와의 적합도로 선택한 것이 아니다. 유한회전 지원 범위를 작은 회전으로 축소하지 않는다.
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아래 HHT 확장과 `0+` 초기화는 FESA 채택 제안이다. 이번 consistent mass 선택이 다른 physics·알고리즘·공개 output 계약 전체의 승인을 의미하지 않는다.
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아래 HHT 확장과 `0+` 초기화는 HHT-ADR-009에서 채택한 계약을 유지한다. 이번 lumped mass 선택은 그 밖의 physics·알고리즘·공개 output 범위를 확대하지 않는다.
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| 구분 | 정식화 경계 |
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@@ -81,7 +83,7 @@ Drilling stiffness는 물리적 회전 관성이 아니다. `U_phys`와 `U_drill
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## 3. 질량·관성·연속 평형
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`B_i=D_phi d_i=−[d_i]_× J_l(phi_i)`이고 `C_ij^(k)=∫rho N_iN_j z^k dV_0`이다. 채택한 consistent `T_C`와 비교용 lumped `T_L`은 다음과 같다.
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`B_i=D_phi d_i=−[d_i]_× J_l(phi_i)`이고 `C_ij^(k)=∫rho N_iN_j z^k dV_0`이다. 비교용 consistent `T_C`와 채택한 nodal lumped `T_L`은 다음과 같다.
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T_C=\frac12\int_{\Omega_0}\rho\left|\sum_iN_i(v_{ui}+zB_iv_{\phi i})\right|^2dV_0,
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@@ -92,7 +94,7 @@ T_L=\frac12\sum_i\left(m_i|v_{ui}|^2+2s_i v_{ui}\cdot B_iv_{\phi i}
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(m_i,s_i,j_i)=\sum_j(C_{ij}^{(0)},C_{ij}^{(1)},C_{ij}^{(2)}).
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비교용 lumped 식은 scalar moment의 row sum 후 tensor를 재구성하며 global matrix row sum이 아니다. 이번 HHT에는 `T=T_C`, `M=M_C`를 사용하고 artificial drilling inertia는 허용하지 않는다. `T=½v^T M(q)v`의 질량행렬은 회전에 의존한다. 관성 covector는
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채택한 lumped 식은 scalar moment의 row sum 후 tensor를 재구성하며 global matrix row sum이 아니다. 이번 HHT에는 `T=T_L`, `M=M_L`를 사용하고 artificial drilling inertia는 허용하지 않는다. `T=½v^T M(q)v`의 질량행렬은 회전에 의존한다. 관성 covector는
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\[
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\boxed{I(q,v,a)=\frac{d}{dt}\partial_vT-\partial_qT=M(q)a+c(q,v)},
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@@ -210,6 +212,6 @@ W_{0\to n}=F^{\star T}(q_n-q_0),\quad
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| 구현 lifecycle | 동일 state tangent, 실패 rollback, time/frame 순서, deterministic assembly와 반복 결과 |
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| 외부 reference | 지정 원본 101 frames × 9 nodes, frame/instance/node/component의 exact mapping; U blocking / UR warning-only 및 공통 TOLERANCE. V/A/energy correctness는 해당 CSV에 coverage 없음 |
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수식 후보의 [독립 검토](numerical-review.md#numerical-review)는 완료되었으며 표시된 수식에서 새 오류는 발견되지 않았다. 질량 선택은 consistent로 확정되었다. 구현 전 남은 계약은 (1) HHT 확장·초기화의 FESA 채택과 나머지 physics 범위, (2) initial algebraic regularity와 trial 실패 판정의 수치 기준, (3) 공식 output 의미의 공개 범위/I/O다. 이 선택 후 구현할 수 있는 수식 후보이며, 실제 유한회전 shell의 drilling DAE·관성 tangent·q/v/a 시간 수렴은 **구현 후 기능 acceptance에 필요한 검증**이다. 부모 문헌의 nonsingular-mass 조건을 shell mass-null에 자동 적용하지 않되, 모든 shell DAE의 보편적 수렴 증명을 코드 작성의 선행 조건으로 요구하지 않는다. 현재 문서 완료나 제한된 probe를 전체 solver 승인·검증 통과로 표시하지 않는다.
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수식 후보의 [독립 검토](numerical-review.md#numerical-review)는 완료되었으며 표시된 수식에서 새 오류는 발견되지 않았다. 현재 질량 선택은 HHT-ADR-012의 nodal lumped로 대체되었다. 이후 구현 전 상태를 설명하는 이 문단은 최초 정식화 당시의 기록이며 변경본 검증의 통과를 뜻하지 않는다. 구현 전 남은 계약은 (1) HHT 확장·초기화의 FESA 채택과 나머지 physics 범위, (2) initial algebraic regularity와 trial 실패 판정의 수치 기준, (3) 공식 output 의미의 공개 범위/I/O다. 이 선택 후 구현할 수 있는 수식 후보이며, 실제 유한회전 shell의 drilling DAE·관성 tangent·q/v/a 시간 수렴은 **구현 후 기능 acceptance에 필요한 검증**이다. 부모 문헌의 nonsingular-mass 조건을 shell mass-null에 자동 적용하지 않되, 모든 shell DAE의 보편적 수렴 증명을 코드 작성의 선행 조건으로 요구하지 않는다. 현재 문서 완료나 제한된 probe를 전체 solver 승인·검증 통과로 표시하지 않는다.
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이번 owner 작업은 기존 정식화·source 대조, 일차 문헌 대조와 수식 유도 및 문서 정적 검토다. [독립 시간정확도 검산](numerical-review.md#numerical-review-probes)은 variable-mass SDOF와 moving-null 예제에서 추천 후보의 약 2차 q/v/physical-a 수렴을 관찰했고 naive 확대의 약 1차 오차를 구별했다. 이는 shell solver 검증이나 일반 drilling DAE 증명을 대신하지 않는다. Build/test·solver/reference 실행은 문서 작업 범위가 아니므로 미실행이다. 독립 검산과 Numerical Review 결과는 해당 owner의 보고서가 소유하며 본 문서가 스스로 승인하지 않는다.
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