xref: /libCEED/examples/solids/problems/mooney-rivlin.c (revision 5754ecac3b7d1ff97b39b25dc78c06350f2c900d)
1*5754ecacSJeremy L Thompson #include <ceed.h>
2*5754ecacSJeremy L Thompson #include <petsc.h>
3*5754ecacSJeremy L Thompson #include "../problems/mooney-rivlin.h"
4*5754ecacSJeremy L Thompson 
5*5754ecacSJeremy L Thompson // Build libCEED context object
6*5754ecacSJeremy L Thompson PetscErrorCode PhysicsContext_MR(MPI_Comm comm, Ceed ceed, Units *units,
7*5754ecacSJeremy L Thompson                                  CeedQFunctionContext *ctx) {
8*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscErrorCode ierr;
9*5754ecacSJeremy L Thompson   Physics_MR phys;
10*5754ecacSJeremy L Thompson 
11*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscFunctionBegin;
12*5754ecacSJeremy L Thompson 
13*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscMalloc1(1, units); CHKERRQ(ierr);
14*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscMalloc1(1, &phys); CHKERRQ(ierr);
15*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = ProcessPhysics_MR(comm, phys, *units); CHKERRQ(ierr);
16*5754ecacSJeremy L Thompson   CeedQFunctionContextCreate(ceed, ctx);
17*5754ecacSJeremy L Thompson   CeedQFunctionContextSetData(*ctx, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES,
18*5754ecacSJeremy L Thompson                               sizeof(*phys), phys);
19*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscFree(phys); CHKERRQ(ierr);
20*5754ecacSJeremy L Thompson 
21*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscFunctionReturn(0);
22*5754ecacSJeremy L Thompson }
23*5754ecacSJeremy L Thompson 
24*5754ecacSJeremy L Thompson // Build libCEED smoother context object
25*5754ecacSJeremy L Thompson PetscErrorCode PhysicsSmootherContext_MR(MPI_Comm comm, Ceed ceed,
26*5754ecacSJeremy L Thompson     CeedQFunctionContext ctx, CeedQFunctionContext *ctx_smoother) {
27*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscErrorCode ierr;
28*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscScalar nu_smoother = 0;
29*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscBool nu_flag = PETSC_FALSE;
30*5754ecacSJeremy L Thompson   Physics_MR phys, phys_smoother;
31*5754ecacSJeremy L Thompson 
32*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscFunctionBegin;
33*5754ecacSJeremy L Thompson 
34*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsBegin(comm, NULL,
35*5754ecacSJeremy L Thompson                            "Mooney Rivlin physical parameters for smoother", NULL);
36*5754ecacSJeremy L Thompson   CHKERRQ(ierr);
37*5754ecacSJeremy L Thompson 
38*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsScalar("-nu_smoother", "Poisson's ratio for smoother",
39*5754ecacSJeremy L Thompson                             NULL, nu_smoother, &nu_smoother, &nu_flag);
40*5754ecacSJeremy L Thompson   CHKERRQ(ierr);
41*5754ecacSJeremy L Thompson   if (nu_smoother < 0 ||
42*5754ecacSJeremy L Thompson       nu_smoother >= 0.5) SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP,
43*5754ecacSJeremy L Thompson                                     "Mooney-Rivlin model requires Poisson ratio -nu option in [0, .5)");
44*5754ecacSJeremy L Thompson 
45*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsEnd(); CHKERRQ(ierr); // End of setting Physics
46*5754ecacSJeremy L Thompson 
47*5754ecacSJeremy L Thompson   if (nu_flag) {
48*5754ecacSJeremy L Thompson     // Copy context
49*5754ecacSJeremy L Thompson     CeedQFunctionContextGetData(ctx, CEED_MEM_HOST, &phys);
50*5754ecacSJeremy L Thompson     ierr = PetscMalloc1(1, &phys_smoother); CHKERRQ(ierr);
51*5754ecacSJeremy L Thompson     ierr = PetscMemcpy(phys_smoother, phys, sizeof(*phys)); CHKERRQ(ierr);
52*5754ecacSJeremy L Thompson     CeedQFunctionContextRestoreData(ctx, &phys);
53*5754ecacSJeremy L Thompson     // Create smoother context
54*5754ecacSJeremy L Thompson     CeedQFunctionContextCreate(ceed, ctx_smoother);
55*5754ecacSJeremy L Thompson     phys_smoother->lambda = 2 * (phys_smoother->mu_1 + phys_smoother->mu_2) *
56*5754ecacSJeremy L Thompson                             nu_smoother / (1 - 2*nu_smoother);
57*5754ecacSJeremy L Thompson     CeedQFunctionContextSetData(*ctx_smoother, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES,
58*5754ecacSJeremy L Thompson                                 sizeof(*phys_smoother), phys_smoother);
59*5754ecacSJeremy L Thompson     ierr = PetscFree(phys_smoother); CHKERRQ(ierr);
60*5754ecacSJeremy L Thompson   } else {
61*5754ecacSJeremy L Thompson     *ctx_smoother = NULL;
62*5754ecacSJeremy L Thompson   }
63*5754ecacSJeremy L Thompson 
64*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscFunctionReturn(0);
65*5754ecacSJeremy L Thompson }
66*5754ecacSJeremy L Thompson 
67*5754ecacSJeremy L Thompson // Process physics options - Mooney-Rivlin
68*5754ecacSJeremy L Thompson PetscErrorCode ProcessPhysics_MR(MPI_Comm comm, Physics_MR phys, Units units) {
69*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscErrorCode ierr;
70*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscReal nu = -1;
71*5754ecacSJeremy L Thompson   phys->mu_1 = -1;
72*5754ecacSJeremy L Thompson   phys->mu_2 = -1;
73*5754ecacSJeremy L Thompson   phys->lambda = -1;
74*5754ecacSJeremy L Thompson   units->meter     = 1;        // 1 meter in scaled length units
75*5754ecacSJeremy L Thompson   units->second    = 1;        // 1 second in scaled time units
76*5754ecacSJeremy L Thompson   units->kilogram  = 1;        // 1 kilogram in scaled mass units
77*5754ecacSJeremy L Thompson 
78*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscFunctionBeginUser;
79*5754ecacSJeremy L Thompson 
80*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsBegin(comm, NULL, "Mooney Rivlin physical parameters", NULL);
81*5754ecacSJeremy L Thompson   CHKERRQ(ierr);
82*5754ecacSJeremy L Thompson 
83*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsScalar("-mu_1", "Material Property mu_1", NULL,
84*5754ecacSJeremy L Thompson                             phys->mu_1, &phys->mu_1, NULL); CHKERRQ(ierr);
85*5754ecacSJeremy L Thompson   if (phys->mu_1 < 0) SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP,
86*5754ecacSJeremy L Thompson                                 "Mooney-Rivlin model requires non-negative -mu_1 option (Pa)");
87*5754ecacSJeremy L Thompson 
88*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsScalar("-mu_2", "Material Property mu_2", NULL,
89*5754ecacSJeremy L Thompson                             phys->mu_2, &phys->mu_2, NULL); CHKERRQ(ierr);
90*5754ecacSJeremy L Thompson   if (phys->mu_2 < 0) SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP,
91*5754ecacSJeremy L Thompson                                 "Mooney-Rivlin model requires non-negative -mu_2 option (Pa)");
92*5754ecacSJeremy L Thompson 
93*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsScalar("-nu", "Poisson ratio", NULL,
94*5754ecacSJeremy L Thompson                             nu, &nu, NULL); CHKERRQ(ierr);
95*5754ecacSJeremy L Thompson   if (nu < 0 || nu >= 0.5) SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP,
96*5754ecacSJeremy L Thompson                                      "Mooney-Rivlin model requires Poisson ratio -nu option in [0, .5)");
97*5754ecacSJeremy L Thompson   phys->lambda = 2 * (phys->mu_1 + phys->mu_2) * nu / (1 - 2*nu);
98*5754ecacSJeremy L Thompson 
99*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsScalar("-units_meter", "1 meter in scaled length units",
100*5754ecacSJeremy L Thompson                             NULL, units->meter, &units->meter, NULL);
101*5754ecacSJeremy L Thompson   CHKERRQ(ierr);
102*5754ecacSJeremy L Thompson   units->meter = fabs(units->meter);
103*5754ecacSJeremy L Thompson 
104*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsScalar("-units_second", "1 second in scaled time units",
105*5754ecacSJeremy L Thompson                             NULL, units->second, &units->second, NULL);
106*5754ecacSJeremy L Thompson   CHKERRQ(ierr);
107*5754ecacSJeremy L Thompson   units->second = fabs(units->second);
108*5754ecacSJeremy L Thompson 
109*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsScalar("-units_kilogram", "1 kilogram in scaled mass units",
110*5754ecacSJeremy L Thompson                             NULL, units->kilogram, &units->kilogram, NULL);
111*5754ecacSJeremy L Thompson   CHKERRQ(ierr);
112*5754ecacSJeremy L Thompson   units->kilogram = fabs(units->kilogram);
113*5754ecacSJeremy L Thompson 
114*5754ecacSJeremy L Thompson   ierr = PetscOptionsEnd(); CHKERRQ(ierr); // End of setting Physics
115*5754ecacSJeremy L Thompson 
116*5754ecacSJeremy L Thompson   // Define derived units
117*5754ecacSJeremy L Thompson   units->Pascal = units->kilogram / (units->meter * PetscSqr(units->second));
118*5754ecacSJeremy L Thompson 
119*5754ecacSJeremy L Thompson   // Scale material parameters based on units of Pa
120*5754ecacSJeremy L Thompson   phys->mu_1 *= units->Pascal;
121*5754ecacSJeremy L Thompson   phys->mu_2 *= units->Pascal;
122*5754ecacSJeremy L Thompson   phys->lambda *= units->Pascal;
123*5754ecacSJeremy L Thompson 
124*5754ecacSJeremy L Thompson   PetscFunctionReturn(0);
125*5754ecacSJeremy L Thompson };