feat(libmeanfield): centrifugal + pressure
This commit is contained in:
@@ -3,51 +3,302 @@ module;
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#include "mean_field.h"
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export module mean_field:mapping.domain_mapper;
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export import :mapping.types;
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import :mapping.compactification;
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import :utils.user;
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export namespace mean_field::mapping {
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enum class FaceElementSide : uint8_t { element_1, element_2 };
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class ElementDisplacementData {
|
||||
public:
|
||||
ElementDisplacementData(
|
||||
const mfem::FiniteElement &element,
|
||||
const mfem::Vector &displacement_dofs,
|
||||
mfem::Ordering::Type ordering = mfem::Ordering::byNODES
|
||||
);
|
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||||
[[nodiscard]] const mfem::FiniteElement &GetElement() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] const mfem::DenseMatrix &GetDofMatrix() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] int GetDimension() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] int GetDofCount() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] mfem::Ordering::Type GetOrdering() const noexcept;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
const mfem::FiniteElement *m_element;
|
||||
mfem::DenseMatrix m_dof_matrix;
|
||||
int m_dimension;
|
||||
mfem::Ordering::Type m_ordering;
|
||||
};
|
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|
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struct CompactificationPointData {
|
||||
double coordinate{0.0};
|
||||
mfem::Vector coordinate_gradient;
|
||||
};
|
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|
||||
[[nodiscard]] ElementDisplacementData
|
||||
ElementDisplacementDataFromElementVDofs(
|
||||
const mfem::FiniteElement &element,
|
||||
const mfem::Vector &displacement_dofs
|
||||
);
|
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|
||||
class ElementCompactificationData {
|
||||
public:
|
||||
ElementCompactificationData(
|
||||
const mfem::FiniteElement &element,
|
||||
const mfem::Vector &dofs
|
||||
);
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] const mfem::FiniteElement &GetElement() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] const mfem::Vector &GetDofs() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] int GetDofCount() const noexcept;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
const mfem::FiniteElement *m_element;
|
||||
mfem::Vector m_dofs;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct ElementMappingData {
|
||||
const ElementDisplacementData &displacement;
|
||||
const ElementCompactificationData &compactification;
|
||||
};
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|
||||
class DomainMapperStateless {
|
||||
public:
|
||||
class Workspace {
|
||||
public:
|
||||
explicit Workspace(int dimension = 3);
|
||||
|
||||
void SetDimension(int dimension);
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] int GetDimension() const noexcept;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
friend class DomainMapperStateless;
|
||||
|
||||
int m_dimension;
|
||||
|
||||
mfem::Vector m_shape;
|
||||
mfem::DenseMatrix m_mesh_dshape;
|
||||
mfem::Vector m_field_value;
|
||||
mfem::DenseMatrix m_field_jacobian;
|
||||
|
||||
mfem::Vector m_compactification_shape;
|
||||
mfem::DenseMatrix m_compactification_dshape;
|
||||
CompactificationPointData m_compactification_point;
|
||||
|
||||
mfem::Vector m_reference_normal;
|
||||
mfem::Vector m_mapped_normal;
|
||||
mfem::DenseMatrix m_full_element_jacobian;
|
||||
|
||||
mfem::Vector m_vector_temp;
|
||||
mfem::DenseMatrix m_matrix_temp_1;
|
||||
mfem::DenseMatrix m_matrix_temp_2;
|
||||
|
||||
compactification::ExteriorMapResult m_exterior_result;
|
||||
compactification::ExteriorMapVariation m_exterior_variation;
|
||||
};
|
||||
|
||||
public:
|
||||
DomainMapperStateless(
|
||||
utils::DomainMapperStatelessOptions options,
|
||||
std::unique_ptr<const compactification::ExteriorDomainMap>
|
||||
exterior_map
|
||||
);
|
||||
|
||||
DomainMapperStateless(const DomainMapperStateless &) = delete;
|
||||
DomainMapperStateless &
|
||||
operator=(const DomainMapperStateless &) = delete;
|
||||
DomainMapperStateless(DomainMapperStateless &&) = default;
|
||||
DomainMapperStateless &operator=(DomainMapperStateless &&) = default;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] MappingStatus EvaluatePoint(
|
||||
const ElementMappingData &element_data,
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
Workspace &workspace,
|
||||
MappingPointContext &context
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] MappingStatus EvaluateVolume(
|
||||
const ElementMappingData &element_data,
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
Workspace &workspace,
|
||||
VolumeMappingContext &context
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] MappingStatus EvaluateFace(
|
||||
const ElementMappingData &element_data,
|
||||
mfem::FaceElementTransformations &transformation,
|
||||
FaceElementSide side,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
Workspace &workspace,
|
||||
FaceMappingContext &context
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] MappingStatus EvaluatePointVariation(
|
||||
const ElementMappingData &element_data,
|
||||
const ElementDisplacementData &direction,
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
const MappingPointContext &base_context,
|
||||
Workspace &workspace,
|
||||
MappingPointVariation &variation
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] MappingStatus EvaluateVolumeVariation(
|
||||
const ElementMappingData &element_data,
|
||||
const ElementDisplacementData &direction,
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
const VolumeMappingContext &base_context,
|
||||
Workspace &workspace,
|
||||
VolumeMappingVariation &variation
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] MappingStatus EvaluateFaceVariation(
|
||||
const ElementMappingData &element_data,
|
||||
const ElementDisplacementData &direction,
|
||||
mfem::FaceElementTransformations &transformation,
|
||||
FaceElementSide side,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
const FaceMappingContext &base_context,
|
||||
Workspace &workspace,
|
||||
FaceMappingVariation &variation
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] bool IsCompactifiedElement(
|
||||
const mfem::ElementTransformation &transformation
|
||||
) const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] int GetDimension() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] int GetVacuumElementAttribute() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] const compactification::ExteriorDomainMap &
|
||||
GetExteriorMap() const noexcept;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
void ValidateElementData(const ElementMappingData &element_data) const;
|
||||
|
||||
void EvaluateField(
|
||||
const ElementDisplacementData &field,
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
Workspace &workspace,
|
||||
mfem::Vector &value,
|
||||
mfem::DenseMatrix &jacobian
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] MappingStatus EvaluateCompactificationCoordinate(
|
||||
const ElementCompactificationData &compactification,
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
Workspace &workspace,
|
||||
CompactificationPointData &point_data
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] static mfem::ElementTransformation &
|
||||
SelectFaceElementTransformation(
|
||||
mfem::FaceElementTransformations &transformation,
|
||||
FaceElementSide side
|
||||
);
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] static const mfem::IntegrationPoint &
|
||||
SelectFaceElementIntegrationPoint(
|
||||
mfem::FaceElementTransformations &transformation,
|
||||
FaceElementSide side
|
||||
);
|
||||
|
||||
utils::DomainMapperStatelessOptions m_options;
|
||||
std::unique_ptr<const compactification::ExteriorDomainMap>
|
||||
m_exterior_map;
|
||||
};
|
||||
class DomainMapper {
|
||||
public:
|
||||
struct VolumeQuadratureContext {
|
||||
mfem::DenseMatrix J_inv;
|
||||
double detJ;
|
||||
double weight;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct FaceQuadratureContext {
|
||||
mfem::Vector normal;
|
||||
double ds;
|
||||
double v_dot_n_scale;
|
||||
};
|
||||
|
||||
public:
|
||||
explicit DomainMapper(const double r_star_ref, const double r_inf_ref);
|
||||
explicit DomainMapper(
|
||||
const double r_star_ref,
|
||||
const double r_inf_ref
|
||||
);
|
||||
|
||||
explicit DomainMapper(const mfem::GridFunction &d, const double r_star_ref, const double r_inf_ref);
|
||||
explicit DomainMapper(
|
||||
const mfem::GridFunction &d,
|
||||
const double r_star_ref,
|
||||
const double r_inf_ref
|
||||
);
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] bool is_vacuum(const mfem::ElementTransformation &T) const;
|
||||
[[nodiscard]] bool
|
||||
is_vacuum(const mfem::ElementTransformation &T) const;
|
||||
|
||||
void SetDisplacement(const mfem::GridFunction &d);
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] bool IsIdentity() const;
|
||||
[[nodiscard]] bool HasCompactification() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] bool HasDisplacementField() const noexcept;
|
||||
[[nodiscard]] bool CalcIsIdentity() const;
|
||||
|
||||
void ResetDisplacement();
|
||||
|
||||
void ComputeJacobian(mfem::ElementTransformation &T, mfem::DenseMatrix &J) const;
|
||||
void ComputeJacobian(
|
||||
mfem::ElementTransformation &T,
|
||||
mfem::DenseMatrix &J
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
double ComputeDetJ(mfem::ElementTransformation &T, const mfem::IntegrationPoint &ip) const;
|
||||
double ComputeDetJ(
|
||||
mfem::ElementTransformation &T,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void ComputeMappedDiffusionTensor(mfem::ElementTransformation &T, mfem::DenseMatrix &D) const;
|
||||
void ComputeMappedDiffusionTensor(
|
||||
mfem::ElementTransformation &T,
|
||||
mfem::DenseMatrix &D
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void ComputeInverseJacobian(mfem::ElementTransformation &T, mfem::DenseMatrix &JInv) const;
|
||||
void ComputeInverseJacobian(
|
||||
mfem::ElementTransformation &T,
|
||||
mfem::DenseMatrix &JInv
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
VolumeQuadratureContext GetQuadratureContext(mfem::ElementTransformation &T, const mfem::IntegrationPoint &ip) const;
|
||||
VolumeQuadratureContext GetQuadratureContext(
|
||||
mfem::ElementTransformation &T,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
FaceQuadratureContext GetFaceQuadratureContext(mfem::FaceElementTransformations &T, const mfem::IntegrationPoint &ip) const;
|
||||
FaceQuadratureContext GetFaceQuadratureContext(
|
||||
mfem::FaceElementTransformations &T,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void GetPhysicalPoint(mfem::ElementTransformation &T, const mfem::IntegrationPoint &ip, mfem::Vector &x_phys) const;
|
||||
void GetPhysicalPoint(
|
||||
mfem::ElementTransformation &T,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip,
|
||||
mfem::Vector &x_phys
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void GetVectorValue(const int i, const mfem::IntegrationPoint &ip, mfem::Vector &val) const;
|
||||
void GetVectorValue(
|
||||
const int i,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip,
|
||||
mfem::Vector &val
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void MapHDivFluxToPhysical(
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
const mfem::Vector &reference_flux,
|
||||
mfem::Vector &physical_flux
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void MapPhysicalFluxToHDivReference(
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
const mfem::Vector &physical_flux,
|
||||
mfem::Vector &reference_flux
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void MapReferenceGradientToPhysical(
|
||||
mfem::ElementTransformation &transformation,
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &integration_point,
|
||||
const mfem::Vector &reference_gradient,
|
||||
mfem::Vector &physical_gradient
|
||||
) const;
|
||||
[[nodiscard]] const mfem::GridFunction *GetDisplacement() const;
|
||||
|
||||
[[nodiscard]] double GetPhysInfRadius() const;
|
||||
@@ -63,9 +314,17 @@ export namespace mean_field::mapping {
|
||||
private:
|
||||
void InitAllScratchSpaces() const;
|
||||
|
||||
void ApplyKelvinMapping(const mfem::Vector &x_ref, mfem::Vector &x_phys) const;
|
||||
void ApplyKelvinMapping(
|
||||
const mfem::Vector &x_ref,
|
||||
mfem::Vector &x_phys
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void ComputeKelvinJacobian(const mfem::Vector &x_ref, const mfem::Vector &x_disp, const mfem::DenseMatrix &J_D, mfem::DenseMatrix &J) const;
|
||||
void ComputeKelvinJacobian(
|
||||
const mfem::Vector &x_ref,
|
||||
const mfem::Vector &x_disp,
|
||||
const mfem::DenseMatrix &J_D,
|
||||
mfem::DenseMatrix &J
|
||||
) const;
|
||||
|
||||
void InvalidateCache() const;
|
||||
|
||||
@@ -98,6 +357,8 @@ export namespace mean_field::mapping {
|
||||
mutable mfem::Vector m_x_ref;
|
||||
mutable mfem::Vector m_x_disp;
|
||||
mutable mfem::Vector m_d_val;
|
||||
|
||||
bool m_displacement_is_identity{true};
|
||||
};
|
||||
|
||||
}
|
||||
} // namespace mean_field::mapping
|
||||
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