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.
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2026-10-13 16:57:19 +09:00
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## 요청과 실제 검증 대상
HHT implicit dynamic analysis를 도입하기 위한 요구조건을 정의한다. 최초 작성은 requirement/research gate였으며, 이번 갱신은 사용자 일관질량 선택의 요구사항 반영에 한정한다. Solver 구현, reference 재생성 및 Abaqus 실행을 포함하지 않는다. 아래 요구사항은 향후 구현의 acceptance intent이고, 미결정 사항은 승인된 수식·입출력 계약처럼 취급하지 않는다.
HHT implicit dynamic analysis를 도입하기 위한 요구조건을 정의한다. 최초 작성은 requirement/research gate였으며, 2026-10-11 갱신은 사용자 lumped mass 승인([HHT-ADR-012](ADR.md))을 반영한다. Solver 구현, reference 재생성 및 Abaqus 실행을 포함하지 않는다. 아래 요구사항은 향후 구현의 acceptance intent이고, 미결정 사항은 승인된 수식·입출력 계약처럼 취급하지 않는다.
직접 읽은 원본은 [INP](../../reference/shellNL-dyn-meshfine/shellNL-dyn-meshfine.inp)와 [변위 CSV](<../../reference/shellNL-dyn-meshfine/shellNL-dyn-meshfine displacements.csv>)다.
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| FEM-REQ-HHT-004 | HHT parameter 생략 시 적용 의미와 허용 범위를 명시해야 한다. 생략값을 CSV 적합도로 추정하거나 비교 결과에 맞춰 변경하지 않는다. | 공개 근거와 FESA 결정 추적, 승인 범위의 경계·잘못된 parameter 진단 |
| FEM-REQ-HHT-005 | Amplitude 없는 집중하중의 시간 이력과 시작 시점 의미를 확정하여 초기화와 모든 increment에서 일관되게 적용해야 한다. | 첫 increment 및 load onset 독립 사례; 최종 값만 같은 다른 하중 이력을 구별 |
| FEM-REQ-HHT-006 | 초기 변위·회전, 속도 및 가속도의 물리적 의미와 초기 평형 조건을 명시해야 한다. 원본에 초기조건이 없다는 이유로 초기 가속도를 무조건 영으로 가정하지 않는다. | 초기 frame과 첫 step의 동역학적 일관성; mass-null 자유도를 포함한 초기화 검증 |
| FEM-REQ-HHT-007 | 사용자 선택에 따라 shell 속도 보간의 운동에너지를 적분하는 일관질량(`consistent kinetic mass`)을 사용하고, 밀도·두께에 따른 질량과 회전 관성의 물리적 의미를 보존해야 한다. 질량이 없는 자유도나 drilling 자유도 처리를 임의의 관성 추가로 은폐하지 않는다. | 총 질량·관성 및 관련 강체 운동 검증, 허용/불허 mass-null 사례 |
| FEM-REQ-HHT-007 | 사용자 선택에 따라 `rho*N_i*dV0`의 절점별 운동에너지를 적분하는 `nodal-lumped-kinetic` 질량을 사용하고, 밀도·두께에 따른 질량과 회전 관성의 물리적 의미를 보존해야 한다. 질량이 없는 자유도나 drilling 자유도 처리를 임의의 관성 추가로 은폐하지 않는다. | 총 질량·관성 및 관련 강체 운동 검증, 허용/불허 mass-null 사례 |
| FEM-REQ-HHT-008 | 고정된 자유도와 비선형 회전 상태를 시간에 따라 일관되게 유지해야 한다. 회전 좌표의 미분과 물리적 각속도·각가속도를 근거 없이 동일시하지 않는다. | 고정 경계의 운동학, 좌표 회전 및 유한회전 일관성 검증 |
| FEM-REQ-HHT-009 | 각 increment의 수렴·실패와 마지막 유효 상태를 구별해야 하며, 실패 trial이 성공 frame이나 committed 상태로 노출되지 않아야 한다. | 비수렴·계산 실패·출력 실패 주입 및 기존 최종 결과 보존 확인 |
| FEM-REQ-HHT-010 | HHT 알고리즘 평형 잔차, 물리적 동적 평형 evidence, 구속 반력의 정의·평가 시점을 구별해야 한다. 정적 `K*d-F`를 동적 반력으로 재사용하지 않는다. | 관성력이 있는 구속 사례 및 전체 힘·모멘트 평형 검증 |
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[Research](research.md#research)에서 공식 문서에 따른 원본 입력의 생략 의미를 확인했다. 이는 reference 입력의 해석 근거이며 FESA 구현 승인이나 신규 사용자 결정이 아니다. 아래에서는 확인된 공개 의미와 남은 FESA 계약 결정을 구분한다.
사용자는 이번 HHT 기본 질량으로 일관질량을 명시 선택했다([HHT-ADR-007](ADR.md)). 이번 HHT의 lumped mass 지원은 제외한다. 이 선택으로 다른 미결정 physics·지원 범위·공식 schema의 승인을 추정하지 않는다.
2026-10-11 사용자는 고유치·HHT의 lumped mass를 승인했다([HHT-ADR-012](ADR.md)). Shell HHT는 nodal kinetic measure를 사용하며 기존 shell eigen nodal block lumping은 유지한다. 이 선택으로 다른 미결정 physics·지원 범위·공식 schema의 승인을 추정하지 않는다.
| Decision ID | 확정이 필요한 내용 | 결정 근거·owner |
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| HHT-OPEN-001 | 공개 의미 확인: contact 없는 기본 `TRANSIENT FIDELITY`의 `HHT-TF`, `alpha=-0.05`, `beta=0.275625`, `gamma=0.55`. FESA의 공개 parameter 지원 범위와 정식화 세부는 미확정 | 공개 근거는 Research 참조; Formulation 검토 후 메인 결정, 실제 물리·호환성 변경은 사용자 결정 |
| HHT-OPEN-002 | 공개 의미 확인: amplitude 생략은 `STEP` 하중으로 첫 increment부터 전값, 기본 `INITIAL`은 초기 가속도 계산. FESA 초기화와 `t0-/t0+` 및 첫 잔차 평가 세부는 미확정 | Research의 공개 의미를 바탕으로 Formulation/I/O가 일관성을 입증; 첫 잔차 세부의 research gap과 source 충돌은 메인에 전달 |
| HHT-OPEN-003 | 질량 종류는 사용자 선택으로 `consistent kinetic mass` 확정, 이번 HHT lumped 지원 제외. 회전 관성 및 mass-null/drilling 지원·검증 세부는 전문 계약과 연결 | [정식화](formulation.md), [관성 상세](formulation-inertia.md), [수치 기준](numerical-controls.md), [검증 사례](verification-cases.md) 및 후속 I/O 계약을 대조; 질량 선택 자체를 재승인 대상으로 두지 않음 |
| HHT-OPEN-003 | 질량 종류는 HHT-ADR-012에 따라 `nodal-lumped-kinetic` 확정. 회전 관성 및 mass-null/drilling 지원·검증 세부는 전문 계약과 연결 | [정식화](formulation.md), [관성 상세](formulation-inertia.md), [수치 기준](numerical-controls.md), [검증 사례](verification-cases.md) 및 후속 I/O 계약을 대조; 질량 선택 자체를 재승인 대상으로 두지 않음 |
| HHT-OPEN-004 | 기존 기하비선형 shell 운동학을 동역학으로 확장할 때 허용하는 회전·관성 범위 | Formulation이 필요한 물리 가정과 한계를 명시; 원본 `NLGEOM=YES`를 충족하지 못하면 범위 충돌 |
| HHT-OPEN-005 | 공식 HDF5의 속도·가속도·동적 반력·에너지 공개 범위 및 기존 소비자 호환성 | Requirements는 독립 검증 필요성만 고정; 메인이 공개 범위를 확정하고 I/O가 schema를 정의 |
| HHT-OPEN-006 | 공개 의미 확인: contact 없는 `DIRECT`는 고정 시간간격. FESA 실패 종료·increment 제한 lifecycle과 고정 간격 밖의 지원 범위는 미확정 | 원본 DIRECT 보존이 최소 조건; adaptive 확대는 별도 범위 결정, 세부 lifecycle은 Formulation/I/O |