Plan 0.2.4 alpha - Unified Nonlinear Solid Mechanics

Statut et regle de travail

Ce document conserve le plan d'architecture et de verification initial de 0.2.4a0. Il ne constitue pas, a lui seul, une promotion de maturite ni une decision de release. L'implementation incrementale a ensuite ete autorisee par la decision Owner explicite accepted_with_recommendations; son etat courant est trace en sections 14 et 15.8. La source de verite des gates est qualification/reviews/qf_solver_0_2_4a0_gate_status.json.

La cible est une infrastructure commune de mecanique non lineaire des solides a petites deformations. Elle doit separer la cinematique elementaire, la loi constitutive, l'etat materiau et l'algorithme global de Newton, sans degrader les chemins lineaires qualifies par 0.2.3a0.

1. Executive summary

Les constats et le perimetre recommandes dans les sections 1 a 13 sont le snapshot de planification ayant precede l'implementation. Le scope actuellement accepte est le J2 small-strain experimental borne sur TET4, TET10, HEX8 et HEX20, avec Full Newton comme unique chemin qualifie. Il est documente dans la revue Owner et ne transforme pas les limites multi-elements, cycliques ou de validation physique en capacites qualifiees.

L'audit confirme que QF Solver dispose deja d'un chemin non lineaire material commun: AnalysisRouter selectionne NonlinearStaticSolver, qui assemble un residu et une tangente sparse, appelle le solveur lineaire commun, puis commet les etats J2 lorsque l'increment converge. Des controles de cutback, line search, checkpoint et restauration existent egalement.

Le noyau reste cependant couple par convention: chaque element TET4, TET10, HEX8 et HEX20 decide lui-meme comment appeler stress_tangent_state; les etats sont des dictionnaires copies en profondeur et ne possedent pas de contrat explicite trial/committed. La convergence ne publie pas encore une taxonomie stable de causes d'echec. Le chemin Total Lagrangian TET4 et le solveur de contact sont des chemins distincts qui ne doivent pas etre fusionnes dans cette release.

Le MUST recommande pour 0.2.4a0 est J2 petites deformations a ecrouissage isotrope, avec TET4 et TET10 comme elements de reference, Newton complet, etat transactionnel, cutback/retry et diagnostics par increment. HEX20 est un SHOULD: son J2 est deja borne en interne mais sans correlation J2 externe. HEX8 reste hors scope promu de mecanique non lineaire tant qu'une campagne structurale dediee n'a pas fourni de preuves explicites. Tous les gates proposes restent ouverts jusqu'a une revue Owner et a des preuves attachees au SHA final.

2. Audit de l'etat actuel

2.1 Chaine effectivement executee

FiniteElementModel.analysis.type = nonlinear_static
  -> AnalysisRouter.solve()
  -> NonlinearStaticSolver.solve()
  -> GlobalAssembler (charges, DDL imposes) + DofManager
  -> _assemble_internal_tangent()
  -> ElementRegistry + MaterialFactory par element
  -> element.internal_force_tangent_state(...)
  -> material.stress_tangent_state(strain, previous_state)
  -> CSR tangent globale + residu externe - interne
  -> LinearSystemSolver / solver_backend
  -> Newton, line search ou cutback
  -> commit_material_states() ou abandon du trial
  -> SolveResult, post-traitement et audit

Composant	Fichier / symbole	Responsabilite observee	Maturite / preuves existantes	Dette utile a traiter
Dispatch	src/solveur/core/router.py, AnalysisRouter.solve	Selectionne lineaire, modal, non lineaire materiau, TL et dynamique.	Teste par API/CLI.	Les deux chemins non lineaires n'ont pas le meme contrat.
Driver J2	src/solveur/core/nonlinear.py, NonlinearStaticSolver	Newton, modified Newton, line search, arc-length, load path, adaptive stepping.	J2 interne, tests de chemin/rollback/checkpoint.	Options disperses dans analysis.parameters; diagnostics d'echec non structures.
Assemblage	NonlinearStaticSolver._assemble_internal_tangent	Construit force interne et CSR tangent.	Sparse sur le chemin Newton standard.	Recreation material/element a chaque evaluation; convention hasattr.
Etat	src/solveur/core/material_state.py	Table par element et point de Gauss, copie profonde, commit, serialisation.	Rollback par rejet de copie; checkpoint teste.	Pas de type trial/committed explicite ni transaction atomique exposee.
Controles	src/solveur/core/nonlinear_controls.py	NonlinearStep, increment adaptatif, travail incremental.	Tests de validation et sensibilite d'increments.	Pas de rapport de non-convergence normalise.
Loi J2	src/solveur/materials/solid.py, VonMisesElastoplasticMaterial	Return mapping von Mises, ecrouissage isotrope, plastic strain, tangente algorithmique.	Campagne material PASS_INTERNAL; anomalie historique ANOM-0002 declaree resolue.	Le contrat utilise deformation totale et dictionnaires; FD de tangente doit etre requalifie comme gate dedie.
Elements solides	tet4.py, tet10.py, hex8.py, hex20.py	B, integration, force interne et tangente locale.	TET4/TET10 J2 bornes; HEX8/HEX20 J2 disponibles au contrat local mais non promus faute de V&V structurale/externe dediee.	Boucles constitutives dupliquees dans chaque element.
Backend lineaire	src/solveur/core/linear_methods.py, solver_backend.py	Resolution de la linearisation globale.	Backends SciPy/PETSc existants.	Le contrat non lineaire ne publie pas encore tous les diagnostics backend.
TL TET4	core/geometric_nonlinear.py, elements/solid/tet4_total_lagrangian.py	Saint-Venant-Kirchhoff, configuration de reference.	Scope research borne, preuves propres.	Chemin specifique TET4; ne pas fusionner avec J2 small-strain.
Contact	src/solveur/contact/solver.py	Active set et friction regularisee.	Scope borne distinct.	Contrat d'etat et convergence distinct, hors chantier.

2.2 Capacites et elements

Element	Elastique lineaire	J2 actuel	Tangente / etat	V&V non lineaire actuel	Candidat 0.2.4
TET4	accepted_for_release_0_2_3	owner_accepted_experimental_bounded_use	1 point de Gauss, etat J2 par dictionnaire	Material path, cyclic structural interne, sensibilite d'increments, correlations existantes bornees	MUST
TET10	accepted_for_release_0_2_3	owner_accepted_experimental_bounded_use	4 points J2, meme convention	Correlation J2 monotone bornee; geometries/cycles complexes exclus	MUST
HEX8	accepted_for_release_0_2_3	Contrat local J2 disponible, non promu	Interface element presente, sans scope structural declare	Aucun gate J2 de release	COULD, uniquement apres decision et V&V dediee
HEX20	accepted_for_release_0_2_3	owner_accepted_experimental_bounded_use	27 points J2, etats commites testes	Preuve J2 interne seulement; J2 externe, grandes deformations et contact exclus	SHOULD

2.3 Preuves et limites deja connues

• La campagne de materiau J2 est PASS_INTERNAL, couvre elasticite, declenchement, chargement/dechargement/rechargement et ne fabrique aucune correlation Abaqus absente.
• La campagne de methodes caracterise Newton complet et Newton avec line search comme convergents; modified_newton y est NON_CONVERGED.
• La sensibilite d'increments J2 est documentee sur 12, 24 et 48 increments.
• Les tests de load_path injectent un rejet et verifient que l'essai suivant repart du deplacement et de l'etat committes.
• ANOM-0002 affirme qu'une tangente J2 precedemment incoherente a ete remplacee par une tangente radiale directionnelle, avec erreur FD inferieure a 1e-6. Cette assertion historique doit devenir une preuve reproductible explicite de NL-G02, pas une hypothese de release.
• La correction arc-length actuelle densifie la tangente via toarray() et appelle numpy.linalg.solve. Elle est incompatible avec un objectif sparse general et reste hors MUST de 0.2.4a0.

2.4 Tests actuellement associes au chemin non lineaire

Domaine	Tests / campagne actuelle	Ce que la preuve etablit	Ce qu'elle n'etablit pas
Etats et increments	tests/unit/test_nonlinear_load_path.py, tests/unit/test_nonlinear_checkpoint.py	Chemin signe, rejet injecte, reprise et incompatibilites connues.	Contrat transactionnel type et causes d'echec normalisees.
Loi locale J2	tests/verification/test_j2_material_vnv.py, src/solveur/verification/j2_material.py	Chemins materiau internes et absence honnete de reference Abaqus.	Validation physique generale ou correlation externe complete.
Methodes Newton	tests/verification/test_j2_methods_vnv.py, src/solveur/verification/j2_methods.py	Newton complet/line search convergent sur le cas caracterise; modified Newton non convergent.	Robustesse universelle ou choix automatique de methode.
Sensibilite de pas	tests/verification/test_j2_step_sensitivity_vnv.py	Stabilite observee sur 12/24/48 increments.	Independance absolue au pas ou aux maillages.
TET4/TET10 structures	tests/verification/test_j2_structural_vnv.py, test_tet10_j2_structural_vnv.py	Scope J2 borne des tetraedres.	HEX8/HEX20 J2 externe ou chargements complexes generalises.
HEX20 J2	tests/integration/test_hex20_workflow.py, tests/unit/test_hex20_campaign.py	Newton, etats commites et 27 points locaux.	Correlation J2 externe.

3. Couplages et gap analysis

Couplages acceptables a conserver

Couplage	Motif
Element -> cinematique, B, quadrature et integration de force/tangente	Responsabilite FEM locale naturelle.
Material model -> etat de son point de Gauss	Une loi doit definir ses variables internes.
Driver global -> LinearSystemSolver	La resolution lineaire appartient a Newton global.
Router -> drivers distincts material small-strain, TL et contact	Les hypotheses physiques et les maturites sont differentes.

Couplages a eliminer ou encadrer

Couplage actuel	Risque	Cible 0.2.4
Chaque element detecte hasattr(stress_tangent_state) et appelle directement J2.	Duplication, contrat implicite, extension fragile.	Un protocole constitutif unique retourne une reponse typpee.
MaterialStateTable est une table de dict copies ad hoc.	Corruption difficile a diagnostiquer; cout memoire opaque.	Session transactionnelle avec state commis et trial separes.
NonlinearStaticSolver cree material et element a chaque assemblage.	Cout et dependances cachees.	Fabrique/cache de runtime explicite, invalide seulement au changement de modele.
Les epreuves de convergence et les erreurs sont des chaines de texte.	Impossible de distinguer iteration, solveur lineaire, NaN ou increment minimal.	Enum de causes et rapport d'increment structure.
Arc-length convertit une tangente CSR en dense.	Explosion memoire et rupture de la politique sparse.	Hors MUST; future formulation creuse distincte avant promotion.

4. Architecture cible proposee

La cible est evolutive et doit etre introduite par adaptateurs retrocompatibles, sans big-bang ni modification des formulations lineaires.

Element kinematics (B, quadrature, u)
  -> ConstitutiveModel.evaluate(total_strain, committed_state, context)
  -> ConstitutiveResponse(stress, algorithmic_tangent, trial_state, diagnostics)
  -> NonlinearElementResponse(f_internal, K_tangent, point_trials)
  -> NonlinearAssemblyResult(residual, CSR tangent, trial_states, diagnostics)
  -> NonlinearSolver.solve_increment()
  -> IncrementController (commit | rollback | cutback | retry)
  -> NonlinearResult + IncrementReport[]

Contrat cible	Responsabilite	Regle de compatibilite
ConstitutiveModel	Evaluation locale sans connaitre l'element ou le solveur global.	Conserver d'abord la semantique deformation totale de J2; toute API incrementale doit etre explicitement decidee.
ConstitutiveResponse	Contrainte, tangente algorithmique, trial state et diagnostics locaux.	Aucun etat commis ne doit etre mute pendant evaluate.
MaterialStateSession	Initialiser, produire les vues trial, commit ou rollback.	Le resultat d'un increment echoue est inobservable dans l'etat commis.
NonlinearElement	Integrer les reponses de Gauss en force interne/tangente locale.	Ne connait ni J2 en particulier ni le backend lineaire.
NonlinearAssembly	Retourner CSR, force, essais et statistiques.	Pas de toarray() dans le chemin Newton standard.
NonlinearSolver	Newton, criteres, line search, echec et rapports.	Le solveur lineaire n'est appele qu'ici.
IncrementController	Politique de pas, cutback, retry et arret.	Options centralisees, serialisables et checkpointables.

SolveResult peut rester l'enveloppe publique existante. Une extension retrocompatible doit ajouter un nonlinear structure contenant les rapports par increment plutot que de modifier silencieusement les champs actuels.

5. Perimetre recommande au demarrage (historique)

MUST - condition de candidature 0.2.4a0

1. J2 petites deformations isotrope avec ecrouissage actuellement supporte, reemballe dans le contrat constitutif commun sans changement de resultat.
2. Etat material trial/committed, commit atomique et rollback exact.
3. TET4 et TET10 dans le contrat commun, avec leurs nombres de points de Gauss et leurs limitations actuelles explicitement conserves.
4. Newton complet comme reference, criteres residu et correction explicitement rapportes, detection NaN/Inf/singularite/solveur lineaire.
5. Cutback/retry adaptatif configure centralement et checkpoint compatible ou explicitement refuse avec cause structuree.
6. Pyramide V&V, correlations externes reproductibles dans le sous-scope existant, et gate NR-0.2.3 vert.

SHOULD - seulement si les gates MUST sont deja verts

• Migration de HEX20 vers le contrat commun et V&V elementaire J2/FD; sa promotion reste conditionnee a des preuves externes J2 supplementaires.
• Mode line search off | auto | on, retenu uniquement si les cas difficiles montrent un benefice mesure sans masquer un tangent incorrect.
• Diagnostics de cout: temps constitutif, temps assemblage, nombre de points, memoire estimee des etats.

COULD - reporter sans penaliser le MUST

• HEX8 J2, apres une campagne structurale complete et une decision de promotion.
• Tangente arc-length strictement sparse, continuation avancee et branch switching.
• Kinematic hardening, viscoplasticite, dommage et autres lois.
• Integration du contact ou du Total Lagrangian dans une abstraction future.

6. Requirements matrix

Requirement planifie	Metrique / critere	Implementation future	Verification	Gate
NL-REQ-01 Separation constitutive	Aucun element ne reference J2 nommement.	Contrat constitutif et adaptateur.	Test d'architecture.	NL-G01, NL-G03
NL-REQ-02 Etat transactionnel	Rollback bitwise/structurellement identique.	Session d'etat.	Echec injecte.	NL-G05
NL-REQ-03 J2 elastique/plastique	Reponse analytique et hydrostatique correcte.	J2 de reference.	Niveau 0.	NL-G02
NL-REQ-04 Tangente algorithmique	FD directionnelle dans regimes elastique/plastique.	Reponse constitutive.	Etude pas de perturbation.	NL-G02
NL-REQ-05 Force/tangente element	f_int et df_int/du coherents.	Contrat element.	Niveau 1.	NL-G03
NL-REQ-06 Newton explicable	Residu, correction, iterations et cause disponibles.	Driver/resultat.	Niveau 2.	NL-G04
NL-REQ-07 Pas robuste	Cutback/retry/min increment determines.	Controles centralises.	Increment difficile.	NL-G06
NL-REQ-08 Pas de contamination lineaire	Resultats 0.2.3 non alteres.	Router/adaptateurs.	Suite NR.	NL-G11
NL-REQ-09 Correlation externe	Courbes et champs comparables.	Scripts V&V.	Code_Aster/CalculiX.	NL-G08
NL-REQ-10 Evidence rejouable	SHA, environnement, seuils et artefacts lies.	Manifestes/documents.	Audit evidence.	NL-G12

Les seuils nouveaux ne seront pas fixes arbitrairement. Les seuils deja archives dans qualification/benchmarks.json restent applicables. Les seuils FD, convergence par correction, energie et correlations nouvelles seront proposes apres une campagne de conditionnement puis approuves par l'Owner avant de devenir des criteres Reject.

6.1 Table d'acceptation a completer avant Phase B

Requirement	Metrique	Target	Warning	Reject	Justification attendue
Constitutive analytic	Erreur contrainte / ep sur chemin connu	Seuil existant si applicable.	A definir apres baseline.	A definir apres baseline.	Convention Voigt, conditionnement, reference.
Tangente FD	Erreur directionnelle C_alg vs FD	Plage stable observee.	Sensibilite au pas.	Erreur hors plage justifiee.	Sweep de perturbation et regimes elastique/plastique.
Newton	Residu relatif et correction relative	Tolerance configuree satisfaite.	Stagnation detectee.	Max iterations / NaN / singularite.	Echelle de force et deplacement.
Correlation externe	Courbe force-deplacement, reactions, stress, ep	Seuil specifique au benchmark.	Ecart local explique.	Ecart global hors seuil.	Meme mesh, BC, increment et post-traitement.
Sensibilite	Variation maillage/pas de charge	Convergence documentee.	Variation non monotone.	Extrapolation non justifiee.	Etude a trois niveaux au minimum lorsque pertinente.
Energie	Imbalance si une energie est definie	Seuil issu du cas.	Mesure informative.	Incoherence non expliquee.	Hypotheses de charge et de materiau.

6.2 Taxonomie de failure modes proposee

La forme publique finale devra reutiliser SolverError lorsque cela reste retrocompatible, mais aussi exposer une cause machine-readable dans chaque rapport d'increment. Les categories candidates sont:

Code	Sens	Action de l'increment controller
MAX_ITERATIONS	Les criteres n'ont pas ete satisfaits a temps.	Cutback ou echec final.
MIN_INCREMENT_REACHED	Un retry demanderait un pas inferieur au minimum.	Arret non silencieux.
LINEAR_SOLVER_FAILURE	La linearisation n'a pas ete resolue par le backend.	Cutback si admissible, sinon echec.
SINGULAR_TANGENT	Tangente non inversible ou conditionnement rejete.	Echec trace; jamais de dernier vecteur masque.
NAN_DETECTED	Etat, residu ou correction non fini.	Rollback immediat et echec trace.
MATERIAL_UPDATE_FAILURE	Return mapping ou etat local invalide.	Rollback et diagnostic element/point.
INVALID_ELEMENT	Geometrie, integration ou B invalide.	Erreur d'entree, sans retry numerique.
STATE_CORRUPTION	Invariant trial/committed rompu.	Echec bloquant et preservation du dernier commit.
LINE_SEARCH_FAILURE	Aucune reduction ne satisfait la regle retenue.	Cutback seulement si policy autorisee.

7. V&V matrix

Niveau	Cas a preparer	Observables obligatoires	Statut initial
V0 Constitutive	Elastic, yield onset, traction uniaxiale, unload/reload, cisaillement pur, hydrostatique, multi-increment, rollback, FD tangent.	Stress, plastic strain, equivalent plastic strain, yield function, tangent error.	PASS_INTERNAL_INITIAL; paquet qualification/vnv/j2_unified_nonlinear_024/reference/v0_material/.
V1 Element	Patch elastique, etat plastique homogene, deformation constante, element distordu, integration points, f_int et K par FD.	Force, energie si applicable, tangent locale, etats Gauss.	PASS_INTERNAL_INITIAL pour TET4/TET10; contrat local HEX8/HEX20 couvert par tests, sans promotion structurale.
V2 Global	Mono-element, barre multi-elements, flexion, load/unload, increment echoue, cutback, tolerance/load-step/mesh sensitivity.	Historiques residu, DDL, reactions, plasticite, pas/retries.	PASS_INTERNAL_INITIAL pour sensibilite 12/24/48, maillage TET4 h=0.36/0.24/0.18 et caracterisation Newton; rollback/cutback testes.
V3 Reference	Barre J2 analytique, cas interpretable de plastification progressive, benchmark publie si retenu.	Courbe force-deplacement, onset, energie si definie.	PASS_INTERNAL_INITIAL sur la reference analytique bilineaire; aucune validation physique revendiquee.
V4 Correlation	Meme modele Code_Aster / CalculiX; Abaqus seulement si disponible.	Courbes, reactions, contraintes, ep, champ plastique et seuil.	PASS_EXTERNAL_CORRELATION pour TET10/Code_Aster et PASS_INTERNAL pour le point materiau/C3D8 CalculiX; aucune qualification HEX8/HEX20 J2 externe.

Verification de tangente algorithmique

La verification comparera des directions de deformation normalisees a la derivee numerique de la contrainte autour d'etats elastique, au seuil et plastiques. Une etude de sensibilite au pas de perturbation etablira la plage ou les erreurs de troncature et d'arrondi ne dominent pas. La tolerance finale sera derivee de cette etude, des conventions Voigt et des niveaux existants plutot que choisie pour faire passer le test.

8. Benchmarks et performance

Benchmark	Taille cible	Mesures	Objectif
Material point J2	1 point	evaluations, tangent FD, allocation et etat	Isoler la loi.
Barre TET4/TET10	Petite a moyenne	Newton iterations, assembly, solve lineaire, etats	Reference de convergence.
Flexion multi-elements	Moyenne	Pas, cutbacks, residus, plastic zone	Robustesse globale.
HEX20 SHOULD	Petite a moyenne	Cout par 27 points, memoire etats, preuves locales	Evaluer cout sans revendiquer HPC.

Les benchmarks ne seront pas des tests CI longs. La CI conservera des cas deterministes courts; les profils de temps/memoire iront dans une campagne separee. La release ne revendiquera pas une capacite HPC ou multi-million de DDL du fait de cette tranche.

9. Hors scope explicite

• Nouveaux elements, WEDGE, PYRAMID et nouvelle physique.
• Contact generalise et couplage contact-plasticite.
• Hyperelasticite, dommage, fracture, creep, viscoplasticite et thermo-plasticite.
• Grandes transformations generalisees: Total Lagrangian TET4 reste une famille distincte en research, soumise a sa propre feuille de route.
• Non lineaire explicite, nouvelle GUI et refonte HPC/PETSc.
• Promotion automatique d'un element ou d'une correlation externe.

10. Phasage d'implementation initial (historique)

Phase	Dependances	Livrable et condition de passage
A Audit and requirements	Revue Owner de ce plan.	Decisions de scope, contrat et seuils de travail.
B Constitutive core	A.	J2, etat, tangent FD et V0 verts (NL-G02).
C Element nonlinear contract	B.	TET4/TET10 force/tangente/etats V1 verts (NL-G03).
D Global Newton driver	C.	Diagnostics et convergence V2 verts (NL-G04).
E Increment management	D.	Commit/rollback/cutback/retry verts (NL-G05, NL-G06).
F Robustness	E.	Line search seulement si mesuree utile; taxonomie des echecs.
G External correlation	F.	Cas externes reproductibles et limites ecrites (NL-G07 a NL-G09).
H Full non-regression	G.	NR-0.2.3 et controle performance verts (NL-G10, NL-G11).
I Evidence and Owner review	H.	SHA final, docs et decision Owner (NL-G12, NL-G13).

11. Impact de fichiers estime au demarrage

Cette liste est prospective; aucun de ces fichiers n'est modifie par le plan.

Zone	Fichiers probablement concernes	Nature future
Driver / resultats	core/nonlinear.py, nonlinear_controls.py, results.py, errors.py	Contrats, diagnostics, causes d'echec.
Etats	core/material_state.py, core/nonlinear_checkpoint.py, io/nonlinear_checkpoint.py	Transaction, serialisation et reprise.
Materiaux	materials/solid.py, materials/factory.py	Reponse constitutive J2 et adaptateur.
Elements MUST	elements/solid/tet4.py, tet10.py, elements/registry.py	Integration par contrat commun.
Elements SHOULD/COULD	hex20.py, hex8.py	Seulement apres gate de scope.
API / dispatch	api/public.py, core/router.py, schemas associes	Options compatibles et exposition diagnostics.
V&V	tests unitaires/integration/verification et docs/verification/*	Matrices, artefacts et gates.

12. Definition of Done proposee au demarrage

0.2.4a0 pourra etre candidate seulement si QF Solver possede un noyau commun de mecanique non lineaire des solides pour le MUST approuve: J2 verifiee independamment, tangente algorithmique verifiee par FD, etats trial/committed transactionnels, Newton et incrementation tracables, correlations bornes et non-regression 0.2.3 verte. Le statut devra rester borne aux elements, cas, maillages et references effectivement demontres.

13. Decisions Owner initialement ouvertes (historique)

Ces questions ont servi a cadrer l'implementation. Elles ne sont plus des conditions en attente pour le scope experimental accepte; la decision et les limitations courantes sont portees par DOC-NL-024-002 et le registre des gates.

1. Approuver le MUST recommande TET4 + TET10, avec HEX20 en SHOULD et HEX8 hors perimetre promu tant qu'une campagne structurale dediee n'est pas disponible; son contrat local reste toutefois teste.
2. Confirmer que le contrat constitutif initial conserve une entree en deformation totale pour compatibilite, avant toute evolution incrementale.
3. Confirmer que modified_newton reste caracterise mais non promu par defaut.
4. Confirmer que l'arc-length dense, Total Lagrangian et contact restent hors scope de cette tranche.
5. Decider si la line search doit etre off par defaut et activee seulement apres preuve de robustesse mesurable.
6. Approuver la methode de fixation des seuils nouveaux apres baseline, et non avant l'etude de conditionnement.
7. Confirmer les solveurs externes disponibles et autorises pour les futures correlations (Code_Aster, CalculiX, Abaqus eventuel).

14. Journal d'implementation 0.2.4a0

Ce journal ne ferme pas, a lui seul, les gates de release. Il distingue les tranches implementees des preuves restantes; RQ-G08 est toutefois fermee dans son scope externe borne, conformement au registre des gates.

Tranche	Etat	Fichiers principaux	Verification
Contrat constitutif	PARTIAL_DONE	src/solveur/core/nonlinear_contracts.py, materials/solid.py	Reponse typee pour materiaux lineaire, non lineaire et J2; compatibilite legacy conservee.
Etat trial/committed	PARTIAL_DONE	src/solveur/core/material_state.py, core/nonlinear.py	Session commit/rollback ajoutee aux chemins adaptive et arc-length; tests transactionnels.
Contrat elementaire	PARTIAL_DONE	elements/solid/tet4.py, tet10.py, hex8.py, hex20.py	Les quatre elements utilisent l'adaptateur constitutif commun; aucune qualification HEX8 J2 ajoutee.
Diagnostics Newton	PARTIAL_DONE	core/nonlinear.py, core/nonlinear_controls.py, core/errors.py	Residu initial, final et historique des residus par increment; causes machine-readable pour les echecs principaux.
Telemetrie des cutbacks	PARTIAL_DONE	core/nonlinear.py	Le journal des increments rejetes conserve maintenant la cause machine-readable ou le type d'exception; les echecs non finis sont classes NAN_DETECTED.
Options Newton	PARTIAL_DONE	src/solveur/core/nonlinear_controls.py, core/nonlinear.py	NonlinearSolverOptions centralise les controles communs en conservant les valeurs legacy.
Resultat et rollback arc-length	PARTIAL_DONE	core/nonlinear.py, core/nonlinear_controls.py	Les options Newton sont exportees dans le resultat; les increments arc-length echoues rollbackent explicitement; NonlinearStep expose le residu initial et la cause d'echec.
V&V constitutive	PASS_INTERNAL_INITIAL	tests/unit/test_nonlinear_contracts.py	Etat commis immuable; tangente J2 comparee par differences finies, erreur relative observee < 1e-7.
V0 constitutive supplementaire	PASS_INTERNAL_INITIAL	tests/unit/test_nonlinear_constitutive_vv.py	Hydrostatique sans plasticite, cisaillement pur sur la surface J2 et repetabilite depuis l'etat commis.
V1 contrat elementaire	PASS_INTERNAL_INITIAL	tests/unit/test_nonlinear_element_contracts.py	TET4, TET10, HEX8 et HEX20 retournent force interne, tangente sparse-compatible et etats trial J2 a tous les points d'integration; la tangente TET4/TET10 est aussi comparee par difference finie avec erreur relative < 1e-7.
V2 diagnostics Newton	PASS_INTERNAL_INITIAL	tests/unit/test_nonlinear_load_path.py, tests/verification/test_j2_structural_vnv.py, tests/verification/test_j2_step_sensitivity_vnv.py, tests/verification/test_j2_methods_vnv.py, qualification/vnv/j2_unified_nonlinear_024/reference/v2_methods/	Un echec controle par maximum d'iterations expose MAX_ITERATIONS, residu initial/final et historique par increment; les cutbacks exposent leur cause; TET4/TET10, sensibilite de pas et comparaison Newton sont vertes.
V2 sensibilite maillage	PASS_INTERNAL_INITIAL	src/solveur/verification/j2_step_sensitivity.py, qualification/vnv/j2_unified_nonlinear_024/reference/v2_mesh_sensitivity/summary.json, qualification/external_reference_digests/j2_unified_nonlinear_024.json	TET4 homogene sur trois niveaux; ecart d'etat maximal 1.1668553682347042e-09, residu maximal 4.245472723492014e-09; limite aux cas testes.
Performance bornee	PASS_INTERNAL_INITIAL	src/solveur/verification/j2_performance.py, tests/unit/test_nonlinear_performance.py	Caracterisation reproductible TET4/TET10: DDL, etats Gauss, temps total, iterations, residu et pic Python; aucune revendication HPC.
Correlation externe Code_Aster	PASS_EXTERNAL_CORRELATION	qualification/vnv/external/code_aster_tet10_j2_structural/reference/summary.json	Docker simvia/code_aster:18.1.0, digest sha256:4629a21a109309bb97fbdc27d750445cc869e151e2e2ed6290f69539614e4435; quatre checks externes PASS, dont RMS de trajectoire 2.1729e-4.
Correlation externe CalculiX	PARTIAL_EXTERNAL	qualification/vnv/external/calculix_j2/reference/summary.json	Docker qf-solver/calculix-nafems13h:2.20; point materiau homogene/C3D8 sous deformation imposee, contrainte axiale et PEEQ conformes a la theorie; preuve externe partielle et non une qualification d'element QF.
Paquet V&V 0.2.4 initial	PASS_INTERNAL_INITIAL	qualification/vnv/j2_unified_nonlinear_024/reference/vnv_manifest.json	V0, V1 TET4/TET10, V2 sensibilite de pas/maillage et methodes Newton rejoues ensemble; aucun gate Owner ferme automatiquement.
Regression ciblee	PASS_TARGETED	tests solids/nonlinear/J2	91 passed, 3 skipped sur le perimetre cible le 2026-08-24.
Regression ciblee elements/workflows	PASS_TARGETED	tests unitaires et integration solids	78 passed sur contrats, non-lineaire, TET4/TET10, HEX8/HEX20 et workflows le 2026-08-24.
Non-regression unit/integration	PASS_WITH_AUDIT_SYNC	tests unitaires et integration hors benchmark/large/evidence	1380 passed, 107 deselected lors de la campagne initiale; l'audit public courant est resynchronise a 1832 fichiers.
Gates complets	PARTIAL_SHA_PENDING	DOC-NL-024-002, qualification/reviews/qf_solver_0_2_4a0_gate_status.json, qualification/external_reference_digests/j2_unified_nonlinear_024.json	V0-V4 et RQ-G08 sont documentes; la decision Owner est enregistree. L'attachement au SHA final et la fermeture documentaire restent ouverts.

Les modifications restent volontairement en worktree de developpement. Aucun commit, tag ou push 0.2.4a0 n'est realise dans cette tranche. La version de package locale est bien 0.2.4a0; le SHA de release reste a fixer avant toute fermeture de NL-G11 et NL-G12.

15. Extension planifiee - Robustness Qualification — Nonlinear Solids

Cette section conserve l'extension de planification initiale. Les sous-sections 15.1 a 15.4 sont des artefacts historiques; la section 15.8 donne l'etat execute. Elle ne transforme pas les limites multi-elements, cycliques ou de validation physique en qualification de release.

15.1 Work packages initialement prevus (historique)

WP	Work package	Livrable attendu	Statut avant implementation
RQ-NL-01	Matrice J2 commune TET4/TET10/HEX8/HEX20	Matrice element x loi x integration x etat, avec scope promu et exclusions explicites.	PLANNED
RQ-NL-02	Chemins constitutifs multiaxiaux	Traction, cisaillement, dechargement, rechargement et chemin non proportionnel avec oracle independant.	PLANNED
RQ-NL-03	Verification du consistent tangent	Sweep de differences finies en regimes elastique, seuil et plastique, plusieurs directions et pas.	PLANNED
RQ-NL-04	Robustesse trial/commit/rollback	Tests d'echecs Newton, cutback, retry et egalite de l'etat commis a tous les points de Gauss.	PLANNED
RQ-NL-05	Sensibilite maillage et pas de charge	Trois niveaux de maillage au minimum, sweep de pas et cas plastiques distordus HEX8/HEX20.	PLANNED
RQ-NL-06	Benchmark commun des quatre elements	Meme geometrie, conditions aux limites et historique de charge pour TET4/TET10/HEX8/HEX20.	PLANNED
RQ-NL-07	Correlation externe	Cas reproductibles Code_Aster et/ou CalculiX, avec limites de comparabilite documentees.	PLANNED
RQ-NL-08	Taux de convergence Newton	Mesure de la reduction du residu et comparaison tangent coherent/tangent approche.	PLANNED
RQ-NL-09	Audit du workflow de release	Proposition d'orchestrateur dry-run: tests, coverage, V&V, gates, SHA, build, smoke install, rapport.	PLANNED

15.2 Tests prevus au demarrage (historique)

Test a preparer	Couverture attendue
tests/unit/test_robustness_j2_multiaxial.py	Traction, cisaillement, unload/reload, rechargement et chemin non proportionnel.
tests/unit/test_robustness_tangent_fd.py	Consistent tangent contre differences finies, regimes et pas de perturbation.
tests/unit/test_robustness_state_transactions.py	Trial, commit, rollback, echec injecte, retry et absence de contamination.
tests/verification/test_robustness_solid_matrix_vnv.py	Qualification J2 commune des quatre elements sur une matrice de cas.
tests/verification/test_robustness_distorted_hex_vnv.py	HEX8/HEX20 distordus en regime plastique, geometrie et integration.
tests/verification/test_robustness_common_benchmark_vnv.py	Comparaison force-deplacement, reactions, von Mises, PEEQ, energie et iterations.
tests/verification/test_robustness_newton_rate_vnv.py	Taux de reduction du residu et comportement du tangent coherent.
tests/integration/test_release_readiness_pipeline.py	Orchestration dry-run et arret propre sur gate ou SHA incoherent.

15.3 Inventaire initial des preuves et artefacts

Les artefacts ci-dessous restent a creer et devront porter le SHA, les versions des dependances, l'environnement d'execution et les parametres de calcul:

• qualification/external_reference_digests/robustness_nonlinear_solids_024.json;
• un manifeste V&V de la matrice TET4/TET10/HEX8/HEX20;
• rapports des chemins multiaxiaux et de la verification tangentielle FD;
• journaux trial/commit/rollback, cutback et retry, avec etats avant/apres;
• tableaux de sensibilite au maillage et au pas de charge;
• cas et rapports de maillage distordu HEX8/HEX20;
• courbes force_displacement, stress_peeq, energy_iterations et newton_rate;
• rapport de benchmark commun avec temps, iterations, residus et memoire;
• rapports de correlation Code_Aster/CalculiX, ou justification d'absence;
• rapport machine-readable de readiness de release.

Les resultats devront distinguer PASS_INTERNAL, PASS_EXTERNAL_CORRELATION, BLOCKED et MORE_EVIDENCE_REQUIRED. Une comparaison externe ne pourra pas etre presentee comme validation physique sans preuve experimentale distincte.

15.4 Requirements supplementaires

Requirement	Metrique	Target / Reject	Preuve	Gate
RQ-REQ-01 Matrice commune	Quatre elements, meme contrat J2 et memes observables.	Aucun element declare qualifie sans sa preuve complete.	Matrice element x cas.	RQ-G02
RQ-REQ-02 Chemins multiaxiaux	Erreur contre oracle, yield, unload/reload et PEEQ.	Seuils fixes apres baseline et approuves Owner.	Rapport constitutif.	RQ-G03
RQ-REQ-03 Tangente coherente	Erreur FD et stabilite sur sweep de pas.	Hors plage justifiee = reject.	Courbes et tableau FD.	RQ-G04
RQ-REQ-04 Transaction d'etat	Etat commis identique apres echec et retry.	Toute contamination = reject.	Checksum/etats Gauss.	RQ-G05
RQ-REQ-05 Robustesse discretisation	Sensibilite maillage/pas et cas HEX distordu.	Pas d'extrapolation hors domaine observe.	Etudes de convergence.	RQ-G06
RQ-REQ-06 Comparaison commune	Ecarts force, reactions, contraintes, PEEQ, energie, Newton.	Seuils par metrique apres baseline.	Benchmark quatre elements.	RQ-G07
RQ-REQ-07 Correlation externe	Meme geometrie, BC, materiau et historique autant que possible.	Ecart non explique = bloque le scope concerne.	Rapports Code_Aster/CalculiX.	RQ-G08
RQ-REQ-08 Taux Newton	Reduction du residu par iteration, stagnation/divergence detectees.	Aucune revendication quadratique sans mesure.	Rapport Newton.	RQ-G09
RQ-REQ-09 Release dry-run	Pipeline complet et SHA coherent.	Echec ou mismatch bloque la readiness.	release_readiness.json.	RQ-G10

15.4.1 Traceabilite supplementaire

Requirement	Formule / contrat	Implementation future	Test	Evidence	Gate
RQ-REQ-01	Meme loi J2, memes observables et integration explicite.	Adaptateur constitutif commun des quatre elements.	test_robustness_solid_matrix_vnv.py.	Matrice element x cas.	RQ-G02
RQ-REQ-02	Surface de charge J2 et evolution multiaxiale.	Chemins d'increment et oracle independant.	test_robustness_j2_multiaxial.py.	Rapport des trajectoires.	RQ-G03
RQ-REQ-03	C_algorithmic compare a d sigma / d epsilon.	Exposition du tangent coherent.	test_robustness_tangent_fd.py.	Sweep FD et erreurs.	RQ-G04
RQ-REQ-04	Etat commis preserve apres echec.	Session transactionnelle et retry.	test_robustness_state_transactions.py.	Journal/checksum Gauss.	RQ-G05
RQ-REQ-05	Convergence en h et sensibilite au pas.	Cas distordus et controle d'increment.	test_robustness_distorted_hex_vnv.py.	Tableaux de sensibilite.	RQ-G06
RQ-REQ-06	Comparaison des champs et bilans globaux.	Harness de benchmark commun.	test_robustness_common_benchmark_vnv.py.	Courbes et metriques.	RQ-G07
RQ-REQ-07	Equivalence de modele et historique externe.	Exporteurs/adaptateurs de correlation.	Campagne Code_Aster/CalculiX.	Rapports externes.	RQ-G08
RQ-REQ-08	Reduction du residu par iteration.	Instrumentation du driver Newton.	test_robustness_newton_rate_vnv.py.	Rapport de taux.	RQ-G09
RQ-REQ-09	Chaine deterministe et arret sur erreur.	Orchestrateur de readiness dry-run.	test_release_readiness_pipeline.py.	release_readiness.json.	RQ-G10

15.5 V&V supplementaire

Niveau	Scope	Observables	Statut
V5	J2 commun sur TET4/TET10/HEX8/HEX20	Stress, von Mises, PEEQ, reactions, energie, iterations.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
V6	Chemins multiaxiaux et non proportionnels	Yield, tangent, etats et sensibilite au chemin.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
V7	HEX8/HEX20 distordus en plastique	Jacobien, forces, tangent, convergence et champs.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
V8	Benchmark commun quatre elements	Courbes et metriques communes sur meme histoire.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
V9	Taux de convergence Newton	Residus, ratios de reduction, tangent coherent/approche.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
V10	Correlation externe	Comparaison champs et trajectoires, limites et environnement.	PASS_EXTERNAL_CORRELATION_BOUNDED

15.6 Release gates supplementaires

Gate	Condition de fermeture	Etat initial
RQ-G01	Scope, requirements et seuils approuves par l'Owner.	ACCEPTED_WITH_RECOMMENDATIONS
RQ-G02	Matrice J2 des quatre elements complete et sans promotion abusive.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
RQ-G03	Tous les chemins multiaxiaux constitutifs sont rejouables et traces.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
RQ-G04	Consistent tangent FD conforme aux seuils approuves.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
RQ-G05	Trial/commit/rollback verifie sans contamination d'etat.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
RQ-G06	Maillage, pas de charge et HEX distordu documentes.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
RQ-G07	Benchmark commun et toutes les metriques comparees.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
RQ-G08	Correlations externes rejouees dans le scope borne et limites explicites.	PASS_EXTERNAL_CORRELATION_BOUNDED
RQ-G09	Taux Newton mesure et interprete sans extrapolation.	PASS_INTERNAL_ACCEPTED_OWNER
RQ-G10	Workflow dry-run complet, SHA coherent, wheel/sdist installables.	ACCEPTED_WITH_RECOMMENDATIONS

15.7 Automatisation de readiness, sans publication

La proposition d'audit est une commande dry-run idempotente suivant exactement:

tests -> coverage -> V&V -> gate check -> SHA consistency -> build wheel/sdist -> smoke install -> release readiness report

Chaque etape doit produire un resultat machine-readable; une erreur doit arreter la chaine et enumerer les blockers. Le workflow ne doit appeler ni twine upload, ni creation de tag, ni push. La decision de release reste exclusivement Owner.

Les work packages, tests, preuves et gates ci-dessus ont servi de contrat de travail. La tranche implementee ci-dessous ferme RQ-G08 dans son scope externe borne; les extensions multi-elements et cycliques restent distinctes.

15.8 Etat d'implementation et preuves internes

La premiere tranche de l'extension a maintenant ete implementee et rejouee, sans fermeture automatique des gates Owner ou externes:

Element	Etat	Preuve
Support J2 commun TET4/TET10/HEX8/HEX20	PASS_INTERNAL	src/solveur/verification/robustness_nonlinear_solids.py et matrice V&V.
Chemins traction/cisaillement/unload-reload/non proportionnel	PASS_INTERNAL	qualification/vnv/robustness_nonlinear_solids_024/reference/summary.json.
Consistent tangent FD	PASS_INTERNAL	Erreur relative maximale 7.1168e-11, limite interne 1e-6.
Trial/commit/rollback	PASS_INTERNAL	Transaction check et tests/unit/test_robustness_state_transactions.py.
HEX8/HEX20 distordus	PASS_INTERNAL	Jacobiennes positives, forces/tangentes finies et plasticite active.
Benchmark global commun	PASS_INTERNAL	Quatre elements, historique [0.25, 0.5, 0.75, 1.0], residus sous 1e-7.
Correlation Code_Aster des quatre elements	PASS_EXTERNAL_CORRELATION_BOUNDED	qualification/external_reference_digests/rqg08_j2_common_024.json et docs/verification/rqg08_external_j2_common_024.md, 80 controles, patch affine a un element.
Readiness complete	PENDING	La chaine dry-run existe; SHA final et worktree propre restent requis.

Cette evidence interne ne constitue ni une validation physique, ni une qualification externe, ni une revendication de scalabilite multi-million de DDL.

Extension Owner - preuve RQ-G08 et promotion ulterieure

La decision Owner accepted_with_recommendations autorise le perimetre experimental interne 0.2.4a0. RQ-G08 est maintenant fermee dans son scope externe borne; le plan conserve les work packages suivants pour une promotion plus large:

ID	Objectif	Gate
RQ-NL-10	Correlation J2 externe commune sur TET4/TET10/HEX8/HEX20 avec meme historique et observables complets.	PASS_EXTERNAL_CORRELATION_BOUNDED
RQ-NL-11	Cas multi-elements et convergence en maillage pour assemblage et redistribution plastique.	RQ-G06/RQ-G07
RQ-NL-12	Travail externe, energie elastique et dissipation plastique.	RQ-G07
RQ-NL-13	Echec Newton reel, rollback, cutback, retry et equivalence avec une reference fine.	RQ-G05/RQ-G06
RQ-NL-14	Analyse des ecarts PEEQ et profilage du cout HEX20.	RQ-G10

Full Newton est le seul chemin qualifie pour 0.2.4a0. Modified Newton reste hors production. RQ-G08 est ferme pour le patch affine a un element; le chantier 0.2.5 pourra etendre la preuve aux cas multi-elements, cycliques et physiques.