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authorWolfgang Bangerth <bangerth@math.tamu.edu>
Tue, 18 Aug 2009 00:02:34 +0000 (00:02 +0000)
committerWolfgang Bangerth <bangerth@math.tamu.edu>
Tue, 18 Aug 2009 00:02:34 +0000 (00:02 +0000)
git-svn-id: https://svn.dealii.org/trunk@19295 0785d39b-7218-0410-832d-ea1e28bc413d

deal.II/doc/doxygen/headers/geodynamics.h [new file with mode: 0644]

diff --git a/deal.II/doc/doxygen/headers/geodynamics.h b/deal.II/doc/doxygen/headers/geodynamics.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..97206f0
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,142 @@
+//-------------------------------------------------------------------------
+//    $Id$
+//    Version: $Name$
+//
+//    Copyright (C) 2009 by the deal.II authors
+//
+//    This file is subject to QPL and may not be  distributed
+//    without copyright and license information. Please refer
+//    to the file deal.II/doc/license.html for the  text  and
+//    further information on this license.
+//
+//-------------------------------------------------------------------------
+
+/**
+@defgroup geodynamics The geodynamics demonstration suite
+
+deal.II's @ref Tutorial "tutorial" contains a set of programs that together
+form the geodynamics demonstration suite. The idea of these programs is to
+demonstrate techniques for advanced finite element software using
+applications from geodynamics, i.e. the investigation of processes in the
+solid earth. By doing so, these programs are supposed to provide a basis
+for more specialized, dedicated programs that can solve actual geodynamics
+problems, for example as part of the work of graduate students or
+postdocs. A more thorough discussion of the motivation for these programs
+follows below.
+
+Currently, the geodynamics testsuite contains the following
+programs:
+
+- @ref step_8 "step-8": Elasticity
+- @ref step_16 "step-16": A %parallel elasticity solver
+- @ref step_20 "step-20": Porous media flow
+- @ref step_21 "step-21": Multiphase flow through porous media
+- @ref step_22 "step-22": Stokes flow
+- @ref step_31 "step-31": Thermal convection (Boussinesq flow)
+- @ref step_32 "step-32": A %parallel Boussinesq solver for mantle convection
+
+Some of these programs were developed under contract from the California
+Institute of Technology with support by the National Science Foundation
+under Award No. EAR-0426271, the grant that funded the <a target="_top"
+href="http://www.geodynamics.org">Computational Infrastructure in
+Geodynamics</a> initiative. The recipient, Wolfgang Bangerth, gratefully
+acknowledges this source of support.
+
+
+<h3>Rationale</h3>
+
+Adaptive mesh refinement (AMR) has long been identified as a key technology
+that would aid in the accurate and efficient numerical solution of a number of
+geodynamics applications. It has been discussed in the geodynamics community
+for several years and has been a continuous topic on the task list of CIG
+since its inception. Yet, relatively little has happened in this direction so
+far. Only recently have there been attempts to use AMR in geodynamics: CIG
+sponsored a workshop on AMR technique in Boulder in October 2007, and a
+collaboration between George Biros, Omar Ghattas, Mike Gurnis, and Shijie
+Zhong's groups is currently developing a %parallel adaptive mantle convection
+solver.
+
+One of the reasons for the slow adoption of AMR techniques in geodynamics is
+the relatively steep initial hurdle: codes have to provide the data structures
+and algorithms to deal with adaptive meshes, finite elements have to be able
+to deal with hanging nodes, etc. To do so efficiently and in sufficient
+generality adds several 10,000 lines of code to finite element programs, too
+much for the average student to do within the time frame of a dissertation. On
+the other hand, there are libraries that provide the infrastructure code on
+which applications supporting AMR can rapidly be built. deal.II
+of course provides exactly this infrastructure.
+
+The goal of the geodynamics testsuite is to write programs for a variety of
+topics relevant to geodynamics. Continuing in the style of the existing tutorial
+programs -- an extensive introduction explaining the background and
+formulation of an application as well as the concepts of the numerical scheme
+used in its solution; detailed comments throughout the code explaining
+implementation details; and a section showing numerical results -- we intend to
+provide the resulting programs as well-documented applications solving model
+problems. In particular, they are aimed at the following goals:
+<ul>
+<li> <i>Starting points:</i> The existing tutorial of deal.II has proven to
+  be an excellent starting point for graduate students and researchers to
+  jump-start developing their own applications. By providing programs that are
+  already close to the targeted application, first results can often be
+  obtained very quickly, both maintaining the initial enthusiasm during
+  development as well as allowing to spend research time on implementing
+  application specific behavior rather than using months of work on basic
+  infrastructure code supporting AMR.
+
+  Supporting this point is the fact that although there are currently at least
+  170 publications presenting results obtained with deal.II, we are aware of
+  only a handful of applications that have been built with deal.II from
+  scratch; all others have started as modifications of one of the tutorial
+  programs.
+
+<li> <i>Training:</i> The tutorial programs we propose to write will
+  provide students and researchers with a reference implementation of current
+  numerical technology such as AMR, higher order elements, sophisticated
+  linear and nonlinear solvers, stabilization techniques, etc. Providing these
+  as starting points for further development by others will also serve the
+  goal of training a new generation of geodynamicists in modern numerical
+  algorithms.
+
+<li> <i>Extending equations and formulations:</i> In deal.II, it is fairly
+  simple to extend a set of equations by another equation, for example an
+  additional advected quantity that enters the existing equations as a right
+  hand side or in one of the coefficients. Since applications typically use
+  blocked matrices rather than the one-big-matrix-for-everything approach, it
+  is also not complicated to find suitable linear solvers for augmented
+  equations. Consequently, deal.II is a good tool for trying out more complex
+  formulations of problems, or more complete models and their effects on the
+  accuracy of solutions.
+
+<li> <i>Rapid prototyping and benchmarking:</i> deal.II provides many
+  interchangeable components that allow rapid prototyping of finite element
+  kinds and orders, stabilization techniques, or linear solvers. For example,
+  typically only a few lines of code have to be changed to replace low-order
+  by high-order elements. Through this, it becomes relatively simple to try
+  out higher order elements, a different block elimination solver, or a
+  different stabilization technique. In turn, this may help in benchmarking
+  applications both regarding computing times to solve as well as concerning
+  the accuracy of numerical solutions.
+
+  The applications in this module will already have been benchmarked for
+  correctness. Existing tutorial programs typically employ simpler rather than
+  more complicated solver schemes for exposition but frequently suggest more
+  complicated schemes including hints on how they might be implemented in an
+  appendix. 
+
+<li> <i>Try algorithms:</i> The rapid prototyping abilities of deal.II may
+  also help in determining best algorithms on the scale of programs to which
+  deal.II is applicable, and then to implement this particular algorithm
+  (without the ability to change it easily) in a dedicated program that can
+  run on larger scale machines. For example, a small mantle convection code
+  built on deal.II may be used to determine whether second order elements are
+  useful for this purpose (see, for example, the results shown in
+  @ref step_31 "step-31"). If so, then one may use this result to implement
+  second, rather than first, order elements in dedicated, large-scale mantle
+  convection codes such as that which
+  Ghattas and Zhong are building and that may run on 10,000s of processors, a
+  range currently unattainable by deal.II.
+</ul>
+
+
+*/

In the beginning the Universe was created. This has made a lot of people very angry and has been widely regarded as a bad move.

Douglas Adams


Typeset in Trocchi and Trocchi Bold Sans Serif.