PRD: FESA

목표

MITC4 Shell 요소를 사용해 구조 해석을 하는 유한요소 솔버를 개발

사용자

구조해석을 원하는 엔지니어

제품 방향

FESA는 Abaqus input subset을 읽고 references/에 저장된 Abaqus reference 결과와 비교 가능한 구조해석 결과를 생성하는 검증 중심 solver이다. Phase 1은 "많은 기능"보다 "작은 선형 정적 MITC4 모델들을 정확하게 풀고 반복 검증할 수 있는 기반"을 목표로 한다.

핵심 기능

MITC4 Shell 요소를 사용한 구조해석
Parallel 연산을 통한 계산 성능 향상
Abaqus Input format 사용을 통해 다른 상용 소프트웨어와 호환성 높음
step/frame/history 기반 해석 결과 관리
references/*.inp와 references/*_displacements.csv 등 reference 모델 결과 비교를 통한 정확도 검증
singular system 진단을 통한 해석 실패 원인 추적

개발 계획

Phase 1
- MITC4 Shell 요소
- 선형 탄성 재료
- 절점하중
- 고정 경계조건
- Abaqus input subset: *Node, *Element, *Nset, *Elset, *Material, *Elastic, *Shell Section, *Boundary, *Cload, *Step
- 선형 정적 해석
- step/frame 기반 결과 저장의 최소 구조
- references/의 Abaqus input/result artifact 기반 reference 모델 결과 비교 테스트
- 6자유도 shell node: UX, UY, UZ, RX, RY, RZ
- drilling 자유도에는 작은 인공 강성 적용
- constrained DOF 제거 방식
- full vector 기반 reaction force 계산
- double precision 및 int64 id/index/equation numbering
- singular system 진단
- Abaqus 실행 없이 저장된 reference artifact와 비교
Phase 2
- 압력하중
- RBE2, RBE3 경계조건
- Newton-Raphson 비선형 알고리즘
- 기하비선형 중심의 비선형 정적해석
Phase 3
- HHT 시간 적분 알고리즘
- time dependent 하중
- 비선형 동적 해석
Phase 4
- Heat transfer 해석
- 절점 온도에 대한 열전도 요소 행렬 계산
- 온도 하중 계산
- thermal-stress coupling 확장
Phase 5
- 1D, 3D 요소 구현
- 기타 하중, 경계조건 구현

Phase 1 성공 기준

Phase 1 Abaqus input subset을 파싱하여 Domain과 AnalysisModel을 일관되게 구성할 수 있다.
DofManager가 6자유도 shell node, constrained/free mapping, full/reduced vector reconstruction을 검증 가능한 방식으로 처리한다.
최소 MITC4 element-level test가 통과한다: shape function, stiffness symmetry, rigid body behavior, drilling stiffness sensitivity.
선형 정적 해석에서 U와 RF를 결과 schema에 맞게 저장한다.
RF = K_full * U_full - F_full 기반 reaction recovery가 reference 또는 평형 테스트로 검증된다.
singular system negative test가 원인을 설명하는 진단 메시지를 낸다.
최소 3개 stored reference case가 통과한다: single-element case, simple multi-element plate/shell case, curved shell benchmark. 초기 자동 displacement 비교 형식은 *_displacements.csv이다.

Phase 1 제외 범위

Abaqus S4R 및 hourglass control
pressure load
RBE2/RBE3
nonzero prescribed displacement
geometric/material nonlinearity
dynamic analysis
heat transfer 및 thermal-stress coupling
composite shell section
mesh quality diagnostics

3.3 KiB Raw Blame History