FESADev/docs/shell-transient-heat-transfer/ADR.md

# Shell Transient Heat Transfer 결정 기록

- Feature ID: `shell-transient-heat-transfer`
- 문서 owner: 메인 assistant
- 갱신일: 2026-09-28

기준: [프로젝트 지침](../../AGENTS.md), [프로젝트 PRD](../PRD.md),
[공통 ADR](../ADR.md#adr-028). 지역 지침은 [Feature 지침](FEATURED_AGENTS.md),
요구사항과 현재 checklist는 [Feature PRD](PRD.md)에 둔다.

각 결정의 owner는 메인 assistant다. 승인 근거는 2026-09-27~28 사용자 인터뷰의 명시 선택이다.
개별 범위 선택의 합의를 기록하며, 전체 requirement baseline과 구현 실행은 아직 승인되지 않았다.
사용자의 계획 기반 문서 작성 요청에 따라 수치 제안의 이유·대안·영향을 아래에 구체화한다.
`사용자 합의`는 명시 선택의 기록이고 `Proposed`는 검토할 우선안이다.
수식과 검산 원본은 [formulation](formulation.md), [numerical-review](numerical-review.md)를 따른다.

## 결정 목록

| ID | 주제 | 상태 | 요구사항·검토 연결 |
| --- | --- | --- | --- |
| STH-ADR-001 | Uncoupled 범위 | 사용자 합의 | 001 |
| STH-ADR-002 | 5개 두께 온도점 | 사용자 합의 | 002~004 |
| STH-ADR-003 | 물성·초기/경계·열입력 | 사용자 합의 | 005~012 |
| STH-ADR-004 | 시간 증분·전체 결과 저장 | 사용자 합의 | 013~015 |
| STH-ADR-005 | 외부 비교·독립 검증 | 사용자 합의 | 016~017 |
| STH-ADR-006 | 단일 step | 사용자 합의 | 018 |
| STH-ADR-007 | 수치 방법론 전체와 K/C | Proposed | 정식화 3~5절 |
| STH-ADR-008 | Geometry와 접속 이상화 | Proposed | NR-01 |
| STH-ADR-009 | Backward Euler·종료 시간 | Proposed | 013, 정식화 7절 |
| STH-ADR-010 | 초기 jump와 pre-step 경계 | Proposed | 008~009, NR-02 |
| STH-ADR-011 | Heat flux·reaction 복구 | Proposed | 014~015, NR-05 |
| STH-ADR-012 | Edge 입력 단위·외부 문법 | Proposed / syntax 미결정 | 011, NR-03 |

요구사항 번호는 `FEM-REQ-SHELL-THERMAL-` prefix를 생략했다. 수치 기준이 미정인 NR-04는
[PRD 미결정 계약](PRD.md#구현-전-미결정-계약)에서 관리하며 승인된 tolerance를 대신하지 않는다.

## STH-ADR-001: 현재 구현 목표를 uncoupled transient heat transfer로 한정

- 상태: 사용자 합의
- 결정: 현재 목표는 구조해석과 분리된 Shell 과도 열해석이다. 양방향 열–구조 연성은 장기 목표다.
- 근거: 사용자가 초기 연성 선택을 정정하며 “지금은 uncoupled heat transfer를 구현합니다”라고 명시했다.
- 영향: 이번 기능의 acceptance에 구조 변위·열응력·연성 반복이나 변형 피드백을 포함하지 않는다.

## STH-ADR-002: 두께 방향 균일 온도에서 5개 온도점 단면으로 범위 변경

- 상태: 사용자 합의; 앞선 두께 방향 균일 온도 선택을 대체
- 결정: 3차원 공간의 4절점 Shell에서 면내·두께 방향 열전달을 지원한다. 균질 단면이고
  두께 방향 온도점은 모든 단면에서 5개로 고정한다.
- 이유: 사용자가 기존 DS4 reference의 두께 방향 의미를 확인한 뒤 이를 지원하는 방향을 선택했다.
- 근거: reference 유지/범위 확대 질문에서 B, 균질 단면 질문에서 A, 온도점 5개 고정 질문에서 A.
- 영향: 아랫면·중앙면·윗면 온도의 identity를 구분한다. 적층·가변 온도점 수는 제외한다.
  Abaqus의 내부 정식화를 복제하거나 동일한 결과 생성 절차를 약속하는 결정은 아니다.

## STH-ADR-003: 상수 물성·일정 입력과 제한된 두께 방향 적용 범위

- 상태: 사용자 합의
- 결정: 상수 등방성 열전도율·밀도·비열, 요소 집합별 재료와 일정 두께를 지원한다.
  초기 온도는 절점/집합별이되 같은 절점의 두께 전체에는 균일하다. 지정 온도와 집중
  열입력은 아랫면·윗면에 각각 적용하고, edge 열입력은 두께 전체에 균일하게 분포한다.
  지정 온도·열입력은 시간에 무관한 일정값이다.
- 이유: 인터뷰에서 사용자가 각 첫 구현 범위를 선택했다.
- 영향: 면적 분포 표면 열유속, 내부 온도점 직접 입력, 대류·복사·내부 발열,
  온도 의존·이방성 물성, 적층과 시간 이력 입력을 제외한다.

## STH-ADR-004: 고정 시간 증분과 전체 증분 결과 저장

- 상태: 사용자 합의
- 결정: 전체 시간과 고정 시간 증분을 사용자가 지정한다. 온도·요소 열유속·반력 열률을
  모든 시간 증분에 저장하며 초기 온도 분포도 보존한다. 공식 출력은 공통 HDF5 계약을 따른다.
- 근거: 시간 제어 A, 필수 결과 C, 저장 간격 A 선택.
- 영향: 자동 시간 증분을 제외한다. 시간 적분법·열용량 행렬·마지막 증분 처리·초기 결과의
  schema를 이 결정만으로 정하지 않는다.

## STH-ADR-005: 현재 CSV의 NT11 비교와 독립 검증을 조합

- 상태: 사용자 합의
- 결정: 외부 필수 비교는 기존 `shell-thermal NodalTemperature.csv`의 `Step-1`, `t=37`,
  `NT11`로 한정한다. 나머지 결과는 해석해·열에너지 수지·시간 및 공간 수렴성 등으로 검증한다.
- 근거: 추가 reference 결과 확보 여부 질문에서 사용자가 A를 선택했다.
- 이유: 현재 CSV는 한 시점의 아랫면 온도만 제공한다. 원본 evidence의 실제 coverage를 명시한다.
- 영향: 추가 Abaqus CSV 확보를 필수 조건으로 삼지 않지만, 내부 온도·열유속·반력 열률과
  전체 과도응답의 correctness 검증은 유지한다. 공통 tolerance와 reference 원본은 변경하지 않는다.

## STH-ADR-006: 단일 transient step으로 제한

- 상태: 사용자 합의
- 결정: 초기 온도와 일정한 경계조건·열입력으로 하나의 transient step을 수행한다.
- 근거: 단일/다중 step 지원 범위 질문에서 사용자가 A를 선택했다.
- 영향: 여러 해석 step과 step 사이의 온도 상태 전달·경계조건 변경을 제외한다.

## STH-ADR-007: 상세 수치 방법론 제안

- 상태: **Proposed / 사용자 검토 대기**
- 제안: 면내 Q4 × 두께 2구간 P2의 20 DOF, midsurface metric의 thin-shell 근사,
  consistent 열용량과 열전도행렬, 면내 3×3·두께 exact 적분, Backward Euler,
  24개 trace 위치의 직접 Fourier flux 및 full residual 반력 열률을 사용한다.
- 근거: 사용자가 요구사항 목록을 보강하여 열전달행렬·heat flux 방법론을 포함한 상세 계획을 요청했다.
  이 요청은 제안을 작성할 권한이며 위 수치 방법의 채택 승인은 아니다.
- 이유·대안: [설계 계획](design-plan.md)의 선택 표와 [정식화](formulation.md)의 상세 수식을 따른다.
- 영향: geometry·접속 이상화, 최초 온도 불일치, edge 입력 단위/syntax와 결과 위치를
  검토해야 한다. 기존 reference 정확도와 positivity를 아직 보장하지 않는다.
- 검토: [독립 수치 검토](numerical-review.md)에서 명시 행렬·BE partition·에너지 수식의
  일관성을 확인했다. 이는 사용자 채택 승인이나 solver 수치 검증을 대신하지 않는다.
- 행렬 선택 이유: `K=∫BᵀkB dV`, `C=∫ρcHᵀH dV`를 동일 보간에서 유도하여 전도·저장·
  반력·수지를 연결한다. 두께 exact Z와 면내 3×3 적분은 독립 직접 적분으로 검산할 수 있다.
- 대안과 trade-off: 단일 4차 두께 보간, lumped C 또는 reduced integration도 별개 방법이지만
  현재 우선안에 포함하지 않는다. Consistent C는 단조성·positivity를 보장하지 않으며,
  일반 곡면에서 3×3은 exact가 아니다. 실패에 맞춰 방법을 조용히 바꾸지 않는다.
- 상세 선택: geometry, 시간 갱신, 초기 상태, recovery와 edge 입력은 008~012에서 분리한다.

## STH-ADR-008: Thin-shell geometry와 두께 station 접속

- 상태: **Proposed / 물리 범위 검토 대기**
- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 formulation·numerical review 담당.
- 제안: 실제 3차원 Q4 midsurface의 metric·법선을 각 평가점에서 계산한다. 두께 offset의
  곡률 보정을 생략한 product-domain을 사용하며 인접 요소는 같은 normalized 두께 station을 공유한다.
- 이유: 면내·두께 전도를 유지하면서 승인된 4절점 mesh와 5개 온도점을 연결할 수 있다.
- 대안·trade-off: 실제 offset-volume metric 또는 별도 3D 접합부 해상은 더 많은 geometry
  계약을 요구한다. 우선안은 두께 단차의 노출면·spreading resistance·유한 접합부 부피를 해상하지 않는다.
- 영향: 곡률·왜곡·orientation·퇴화 허용 범위와 fold/이두께 접속의 물리 이상화를 구현 전에
  검토해야 한다. 적분 차수를 높여도 이 모델링 오차는 제거되지 않는다.
- 근거: [정식화 2절](formulation.md#2-geometry-방향과-접속의-의미), 독립 검토 NR-01.
  계획 문서화는 요청되었지만 이 이상화의 사용자 채택 승인은 아직 없다.

## STH-ADR-009: Backward Euler와 고정 증분 factorization 재사용

- 상태: **Proposed / 시간 적분·종료 규칙 검토 대기**
- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 formulation·I/O 담당.
- 제안: `A=C/Δt+K`를 구성하고 지정 온도를 elimination으로 적용한다. 일정 계수·geometry·
  구속 집합·Δt에서 factorization을 재사용한다. 전체 시간은 Δt의 정수 배로 제한하는 안을 제시한다.
- 이유: 상수 물성·일정 입력의 단일 step을 선형 solve로 구성하고 시간 1차 수렴을 검증할 수 있다.
- 대안·trade-off: 다른 시간 적분법은 별도 시간 오차·안정성 검토가 필요하다. 짧은 마지막
  증분을 허용하면 factorization과 fixed-Δt 의미도 달라진다. 안정성만으로 정확도를 보장하지 않는다.
- 영향: 초기 constrained 온도 항을 포함한 RHS와 종료시간의 수치 판정을 확정한다.
  무구속 transient 모델을 정적 K의 null mode만으로 singular 판정하지 않는다.
- 근거: [정식화 7절](formulation.md#7-backward-euler-지정-온도와-최초-증분), 독립 두 증분 검산.
  사용자는 고정 Δt를 선택했으며 BE와 정수 배 제한은 아직 수치 제안이다.

## STH-ADR-010: 초기 온도 보존과 첫 증분 경계 jump

- 상태: **Proposed / 초기 상태·default 계약 검토 대기**
- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 I/O·formulation 담당.
- 제안: 입력 초기 온도를 raw `T^0`로 보존하고 첫 양의 시점부터 step 지정 온도를 적용한다.
  첫 RHS에 `C_fc(T_c^0−g)/Δt`를 유지하며 `t=0` 반력은 미정의로 구별한다.
- 이유: 입력 상태를 조용히 덮어쓰지 않고 첫 증분의 열저장·반력·에너지 변화를 추적할 수 있다.
- 대안·trade-off: 즉시 projection은 초기 상태와 에너지를 바꾸므로 projection jump의 저장·보고
  정책이 필요하다. 두 정책은 같은 수치 결과를 보장하지 않는다.
- 영향: Reference의 step 전 `Set-10,11,11`과 step 내부 `Set-10,11,11,1000.`을 model/history
  데이터로 구분한다. 생략 초기 온도·boundary 값과 재정의 의미를 확인한 뒤 한 정책을 채택한다.
- 근거: [정식화 7절](formulation.md#7-backward-euler-지정-온도와-최초-증분), 독립 검토 NR-02.
  초기 온도의 면내 지정·두께 균일성은 합의됐지만 jump 처리의 채택 승인은 아직 없다.

## STH-ADR-011: 위치별 Fourier flux와 residual 반력 열률

- 상태: **Proposed / recovery·영속 결과 계약 검토 대기**
- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 formulation·I/O·numerical review 담당.
- 제안: `q=−kBT_e`를 면내 4점 × 두께 6개 trace의 24개 위치에서 계산한다.
  중앙면의 `0−/0+`를 구별한다. 반력 열률은 `CΔT/Δt+KT−Q`의 구속 성분이며 모델 안으로의 공급을 양으로 둔다.
- 이유: Gradient flux와 열저장을 포함한 반력은 서로 다른 물리량이다. 각 위치의 raw 값을
  유지해야 부호·열에너지 수지·경계 근처 공간 오차를 별도로 검증할 수 있다.
- 대안·trade-off: 절점 외삽·요소 간 평균은 원자료를 바꾸고 불연속을 숨길 수 있어 필수 결과에
  포함하지 않는다. Global/local 중 저장 좌표계와 frame·trace identity는 아직 I/O 선택이다.
- 영향: 직접 적분 54점과 recovery 24점을 혼동하지 않는다. `t=0` 초기 온도를 보존하되
  반력을 계산된 0으로 표시하지 않는다. Dataset layout·version·validity를 구현 전에 확정한다.
- 근거: [정식화 8~9절](formulation.md#8-반력-열률-에너지와-안정성), 독립 검토 NR-05.
  온도·flux·reaction 저장은 합의됐으며 위 세부 출력 계약은 Proposed다.

## STH-ADR-012: 두께 균일 edge 열입력과 공개 문법

- 상태: **Proposed / 단위·syntax 미결정**
- Owner: 메인 assistant; 전문 계약은 I/O 담당.
- 제안: 계산 kernel은 edge 옆면의 면적당 유입 열유속을 적분해 총률 `q_in hL`을 보존한다.
  두 endpoint의 각 두께 가중치는 `(1,4,2,4,1)/24`다.
- 이유: 같은 shape function을 사용한 일관 하중으로 입력·열저장·반력을 연결한다.
- 대안·trade-off: 외부 입력이 길이당 열률이면 `q_in=λ/h`로 해석해야 하며 두께를 중복 곱하지 않는다.
  현재 공개 근거만으로 DS4의 `*DFLUX, S1…S4`를 지원한다고 선언할 수 없다.
- 영향: 승인 가능한 keyword·대상 edge·단위·중복 application 의미를 확정해야 한다.
  문법의 미결정을 이유로 합의된 edge 기능을 삭제하거나 표면 분포 열유속으로 대체하지 않는다.
- 근거: [계획안 5절](design-plan.md#5-열입력과-지정-온도),
  [정식화 6절](formulation.md#6-가장자리절점-열입력), 독립 검토 NR-03.
  두께 균일 edge 입력은 사용자 합의이며 외부 표현의 채택 승인은 아직 없다.