PRD: FESA 구조해석 솔버

목표

FESA는 Abaqus .inp keyword subset을 입력으로 받아 유한요소법 기반 구조해석을 수행하고, step/frame 단위 결과를 results.h5 HDF5로 저장하며, Abaqus reference CSV rows와 비교 가능한 C++17/MSVC 솔버를 제공한다.

이 프로젝트의 성공 기준은 단순 실행 성공이 아니다. 기능은 요구조건, 정식화, I/O 계약, C++ 테스트, reference comparison, physics sanity, release readiness를 모두 통과해야 완료된다.

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

Abaqus .inp keyword subset parser와 내부 Domain semantic model 생성
AnalysisModel, DofManager, AnalysisState 기반의 step별 equation system 구성
선형 정적 해석을 시작점으로 하는 Analysis procedure 계층
요소, 재료, 경계조건, 하중의 runtime-polymorphic base interface
sparse matrix pattern 생성, 전역 행렬/벡터 조립, 제약조건 적용
LinearSolver adapter를 통한 MKL PARDISO backend와 향후 iterative solver 확장
HDF5 기반 ResultStep -> ResultFrame -> FieldOutput/HistoryOutput 저장
FESA HDF5 rows와 reference/<model-id>/ 아래 Abaqus reference CSV rows의 직접 비교
CMake/MSVC/x64/Debug, CTest, Harness validation, TDD guard 기반 개발 검증

V0 범위

선형 정적 해석 골격
첫 end-to-end 기능 후보: 1D truss/bar element
최소 Abaqus keyword subset:
- *HEADING
- *NODE
- *ELEMENT
- *NSET
- *ELSET
- *MATERIAL
- *ELASTIC
- section keyword
- *BOUNDARY
- *CLOAD
- *STEP
- *STATIC
- output request subset
displacement 중심의 최소 AnalysisState
HDF5 result schema v0
FESA HDF5 to Abaqus reference CSV comparison 계약

V1 범위

2D plane stress/plane strain element
3D solid element
MKL PARDISO 기반 sparse direct solve
TBB element-local computation 병렬화
reference model portfolio 확장
nonlinear static, dynamic, frequency, heat transfer 해석을 위한 interface 확장점

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.	displacement, force, residual, increment/iteration 상태가 step/frame 출력과 연결된다.	state unit test, integration test
FESA-PRD-006	FESA는 solver 결과를 HDF5 authoritative output `results.h5`로 저장해야 한다.	step/frame, field/history, metadata, diagnostics가 schema version과 함께 저장된다.	HDF5 schema test
FESA-PRD-007	FESA는 Abaqus reference CSV rows와 비교 가능한 deterministic row mapping을 제공해야 한다.	displacement, reaction, internal force, stress 등 검증 물리량의 row identity와 tolerance source가 명확하다.	reference comparison report
FESA-PRD-008	FESA의 production C++ 변경은 테스트를 먼저 작성하고 실패를 확인한 뒤 구현해야 한다.	관련 C++ test file이 있고 Harness TDD guard를 통과한다.	hook test, 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 완료는 reference comparison과 physics sanity 통과를 요구해야 한다.	수치 tolerance와 물리 검토가 모두 pass이고 known limitation이 기록된다.	verification report, physics evaluation report

비기능 요구조건

MSVC x64 Debug 환경에서 configure, build, CTest를 검증한다.
reference test 결과는 deterministic해야 한다.
HDF5 schema는 versioned contract로 관리한다.
tolerance policy는 absolute, relative, norm-based 기준을 구분한다.
parser, solver, HDF5 writer는 실패 원인을 구조화된 diagnostic으로 보고한다.
oneMKL, oneTBB, HDF5는 CMake에서 명시 탐지하고 실패 원인을 분류한다.
대규모 모델 성능 최적화보다 Phase 1 명확성, 테스트 가능성, 검증 traceability를 우선한다.

Acceptance Gates

Requirements approved: 기능 범위, 제외 범위, 입력, 출력, tolerance, 검증 물리량이 정의되어 있다.
Research evidence complete: 정식화와 benchmark 근거가 신뢰도와 한계와 함께 정리되어 있다.
Formulation reviewed: 약형, shape function, B matrix, constitutive contract, 수치적분, output recovery가 검토되어 있다.
I/O contract approved: Abaqus keyword subset, internal model mapping, HDF5 result contract, reference CSV comparison row contract가 승인되어 있다.
Tests fail before implementation: 구현 전 실패해야 하는 C++/integration/reference test가 준비되어 있다.
CMake/CTest pass: MSVC/x64/Debug 기준 configure, build, test가 통과한다.
Reference comparison pass: FESA results.h5 rows와 Abaqus reference CSV rows가 documented IDs, components, units, coordinate system, step/frame identity, tolerance 기준 안에 있다.
Physics sanity pass: equilibrium, reaction consistency, displacement direction, symmetry, stress sanity가 검토되어 있다.
Release readiness pass: acceptance traceability, known limitations, release notes draft가 준비되어 있다.

제외 사항

Abaqus full parser 호환
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
Explicit dynamics, contact, plasticity, shell end-to-end 구현
JavaScript/TypeScript fallback 유지

7.1 KiB Raw Blame History