GenericProblem.hpp

Go to the documentation of this file.

#pragma once
 
#include <polyfem/assembler/Problem.hpp>
#include <polyfem/utils/ExpressionValue.hpp>
#include <polyfem/utils/Interpolation.hpp>
 
namespace polyfem
{
    namespace assembler
    {
        struct TensorBCValue
        {
            std::array<utils::ExpressionValue, 3> value;
            std::vector<std::shared_ptr<utils::Interpolation>> interpolation;
            Eigen::Matrix<bool, 1, 3> dirichlet_dimension;
 
            void set_unit_type(const std::string &unit_type)
            {
                for (auto &v : value)
                    v.set_unit_type(unit_type);
            }
 
            double eval(const RowVectorNd &pts, const int dim, const double t, const int el_id = -1) const;
        };
 
        struct ScalarBCValue
        {
            utils::ExpressionValue value;
            std::shared_ptr<utils::Interpolation> interpolation;
 
            void set_unit_type(const std::string &unit_type)
            {
                value.set_unit_type(unit_type);
            }
 
            double eval(const RowVectorNd &pts, const double t) const;
        };
 
        class GenericTensorProblem : public Problem
        {
        public:
            GenericTensorProblem(const std::string &name);
            void set_units(const assembler::Assembler &assembler, const Units &units) override;
 
            void rhs(const assembler::Assembler &assembler, const Eigen::MatrixXd &pts, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            bool is_rhs_zero() const override
            {
                for (int i = 0; i < 3; ++i)
                {
                    if (!rhs_[i].is_zero())
                        return false;
                }
                return true;
            }
 
            void dirichlet_bc(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &uv, const Eigen::MatrixXd &pts, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void neumann_bc(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &uv, const Eigen::MatrixXd &pts, const Eigen::MatrixXd &normals, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void pressure_bc(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &uv, const Eigen::MatrixXd &pts, const Eigen::MatrixXd &normals, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            double pressure_cavity_bc(const int boundary_id, const double t) const override;
 
            void dirichlet_nodal_value(const mesh::Mesh &mesh, const int node_id, const RowVectorNd &pt, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void neumann_nodal_value(const mesh::Mesh &mesh, const int node_id, const RowVectorNd &pt, const Eigen::MatrixXd &normal, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            bool is_nodal_dirichlet_boundary(const int n_id, const int tag) override;
            bool is_nodal_neumann_boundary(const int n_id, const int tag) override;
            bool has_nodal_dirichlet() override;
            bool has_nodal_neumann() override;
            bool is_nodal_dimension_dirichlet(const int n_id, const int tag, const int dim) const override;
            void update_nodes(const Eigen::VectorXi &in_node_to_node) override;
 
            bool has_exact_sol() const override { return has_exact_; }
            bool is_scalar() const override { return false; }
            bool is_time_dependent() const override { return is_time_dept_; }
            void set_time_dependent(const bool val) { is_time_dept_ = val; }
            bool is_constant_in_time() const override { return !is_time_dept_; }
            bool might_have_no_dirichlet() override { return !is_all_; }
 
            void initial_solution(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &pts, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void initial_velocity(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &pts, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void initial_acceleration(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &pts, Eigen::MatrixXd &val) const override;
 
            void set_parameters(const json &params) override;
 
            bool is_dimension_dirichet(const int tag, const int dim) const override;
            bool all_dimensions_dirichlet() const override { return all_dimensions_dirichlet_; }
 
            void exact(const Eigen::MatrixXd &pts, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void exact_grad(const Eigen::MatrixXd &pts, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
 
            void clear() override;
 
            void update_dirichlet_boundary(const int id, const int time_step, const Eigen::VectorXd &val);
            void update_pressure_boundary(const int id, const int time_step, const double val);
 
        private:
            bool all_dimensions_dirichlet_ = true;
            bool has_exact_ = false;
            bool has_exact_grad_ = false;
            bool is_time_dept_ = false;
            // bool is_mixed_ = false;
 
            std::vector<TensorBCValue> forces_;
            std::vector<TensorBCValue> displacements_;
            std::vector<ScalarBCValue> normal_aligned_forces_;
            std::vector<ScalarBCValue> pressures_;
            std::unordered_map<int, ScalarBCValue> cavity_pressures_;
 
            std::vector<std::pair<int, std::array<utils::ExpressionValue, 3>>> initial_position_;
            std::vector<std::pair<int, std::array<utils::ExpressionValue, 3>>> initial_velocity_;
            std::vector<std::pair<int, std::array<utils::ExpressionValue, 3>>> initial_acceleration_;
 
            std::array<utils::ExpressionValue, 3> rhs_;
            std::array<utils::ExpressionValue, 3> exact_;
            std::array<utils::ExpressionValue, 9> exact_grad_;
 
            std::map<int, TensorBCValue> nodal_dirichlet_;
            std::map<int, TensorBCValue> nodal_neumann_;
            std::vector<Eigen::MatrixXd> nodal_dirichlet_mat_;
 
            bool is_all_;
        };
 
        class GenericScalarProblem : public Problem
        {
        public:
            GenericScalarProblem(const std::string &name);
            void set_units(const assembler::Assembler &assembler, const Units &units) override;
 
            void rhs(const assembler::Assembler &assembler, const Eigen::MatrixXd &pts, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            bool is_rhs_zero() const override { return rhs_.is_zero(); }
 
            void dirichlet_bc(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &uv, const Eigen::MatrixXd &pts, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void neumann_bc(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &uv, const Eigen::MatrixXd &pts, const Eigen::MatrixXd &normals, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void initial_solution(const mesh::Mesh &mesh, const Eigen::MatrixXi &global_ids, const Eigen::MatrixXd &pts, Eigen::MatrixXd &val) const override;
 
            void dirichlet_nodal_value(const mesh::Mesh &mesh, const int node_id, const RowVectorNd &pt, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void neumann_nodal_value(const mesh::Mesh &mesh, const int node_id, const RowVectorNd &pt, const Eigen::MatrixXd &normal, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            bool is_nodal_dirichlet_boundary(const int n_id, const int tag) override;
            bool is_nodal_neumann_boundary(const int n_id, const int tag) override;
            bool has_nodal_dirichlet() override;
            bool has_nodal_neumann() override;
            void update_nodes(const Eigen::VectorXi &in_node_to_node) override;
 
            bool has_exact_sol() const override { return has_exact_; }
            bool is_scalar() const override { return true; }
            bool is_time_dependent() const override { return is_time_dept_; }
            void set_time_dependent(const bool val) { is_time_dept_ = val; }
            bool is_constant_in_time() const override { return !is_time_dept_; }
            bool might_have_no_dirichlet() override { return !is_all_; }
 
            void set_parameters(const json &params) override;
 
            void exact(const Eigen::MatrixXd &pts, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
            void exact_grad(const Eigen::MatrixXd &pts, const double t, Eigen::MatrixXd &val) const override;
 
            void clear() override;
 
        private:
            std::vector<ScalarBCValue> neumann_;
            std::vector<ScalarBCValue> dirichlet_;
            std::vector<std::pair<int, utils::ExpressionValue>> initial_solution_;
 
            std::map<int, ScalarBCValue> nodal_dirichlet_;
            std::map<int, ScalarBCValue> nodal_neumann_;
            std::vector<Eigen::MatrixXd> nodal_dirichlet_mat_;
 
            utils::ExpressionValue rhs_;
            utils::ExpressionValue exact_;
            std::array<utils::ExpressionValue, 3> exact_grad_;
            bool is_all_;
            bool has_exact_ = false;
            bool has_exact_grad_ = false;
            bool is_time_dept_ = false;
        };
    } // namespace assembler
} // namespace polyfem