From: daniel.arndt Date: Mon, 17 Mar 2014 00:27:06 +0000 (+0000) Subject: Added support for inhomogeneous tangential and normal flow constraints X-Git-Url: https://gitweb.dealii.org/cgi-bin/gitweb.cgi?a=commitdiff_plain;h=a2fa93509287e50acf3d02254fc1f357bfbb4394;p=dealii-svn.git Added support for inhomogeneous tangential and normal flow constraints git-svn-id: https://svn.dealii.org/trunk@32662 0785d39b-7218-0410-832d-ea1e28bc413d --- diff --git a/deal.II/doc/news/changes.h b/deal.II/doc/news/changes.h index 9a503c41dd..4f58f53eee 100644 --- a/deal.II/doc/news/changes.h +++ b/deal.II/doc/news/changes.h @@ -148,6 +148,13 @@ inconvenience this causes.

Specific improvements

    +
  1. Improved: Inhomogeneous tangential and normal flow constraints can + now be treated via VectorTools::compute_nonzero_normal_flux_constraints + and VectorTools::compute_nonzero_tangential_flux_constraints. +
    + (Daniel Arndt, 2014/03/16) +
  2. +
  3. Changed: Class TriaAccessor had a function parent_index(), but this function could only work for cell accessors. The function has consequently been moved to class CellAccessor. diff --git a/deal.II/include/deal.II/numerics/vector_tools.h b/deal.II/include/deal.II/numerics/vector_tools.h index b1570b6c67..59c74cfccc 100644 --- a/deal.II/include/deal.II/numerics/vector_tools.h +++ b/deal.II/include/deal.II/numerics/vector_tools.h @@ -1471,17 +1471,18 @@ namespace VectorTools /** - * This function computes the constraints that correspond to boundary conditions of the - * form $\vec n \cdot \vec u=0$, i.e. no normal flux if $\vec u$ is a - * vector-valued quantity. These conditions have exactly the form handled by - * the ConstraintMatrix class, so instead of creating a map between boundary - * degrees of freedom and corresponding value, we here create a list of - * constraints that are written into a ConstraintMatrix. This object may - * already have some content, for example from hanging node constraints, - * that remains untouched. These constraints have to be applied to the - * linear system like any other such constraints, i.e. you have to condense - * the linear system with the constraints before solving, and you have to - * distribute the solution vector afterwards. + * This function computes the constraints that correspond to boundary + * conditions of the form $\vec u \cdot \vec n=\vec u_\Gamma \cdot \vec n$, + * i.e. normal flux constraints if $\vec u$ is a vector-valued quantity. + * These conditions have exactly the form handled by the ConstraintMatrix + * class, so instead of creating a map between boundary degrees of freedom + * and corresponding value, we here create a list of constraints that are + * written into a ConstraintMatrix. This object may already have some + * content, for example from hanging node constraints, that remains + * untouched. These constraints have to be applied to the linear system + * like any other such constraints, i.e. you have to condense the linear + * system with the constraints before solving, and you have to distribute + * the solution vector afterwards. * * The use of this function is explained in more detail in step-31. It * doesn't make much sense in 1d, so the function throws an exception in @@ -1494,11 +1495,11 @@ namespace VectorTools * first_vector_component would be zero. On the other hand, if we solved the * Maxwell equations in 3d and the finite element has components * $(E_x,E_y,E_z,B_x,B_y,B_z)$ and we want the boundary condition $\vec - * n\cdot \vec B=0$, then @p first_vector_component would be 3. Vectors are - * implicitly assumed to have exactly dim components that are - * ordered in the same way as we usually order the coordinate directions, - * i.e. $x$-, $y$-, and finally $z$-component. The function assumes, but - * can't check, that the vector components in the range + * B\cdot \vec n=\vec B_\Gamma\cdot \vec n$, then @p first_vector_component + * would be 3. Vectors are implicitly assumed to have exactly dim + * components that are ordered in the same way as we usually order the + * coordinate directions, i.e. $x$-, $y$-, and finally $z$-component. The + * function assumes, but can't check, that the vector components in the range * [first_vector_component,first_vector_component+dim) come * from the same base finite element. For example, in the Stokes example * above, it would not make sense to use a @@ -1515,6 +1516,9 @@ namespace VectorTools * call the function onces with the whole set of boundary indicators at * once. * + * The forth parameter describes the boundary function that is used for + * computing these constraints. + * * The mapping argument is used to compute the boundary points where the * function needs to request the normal vector $\vec n$ from the boundary * description. @@ -1542,20 +1546,22 @@ namespace VectorTools * right are meant to approximate a curved boundary (as indicated by the * dashed line), then neither of the two computed normal vectors are equal * to the exact normal vector (though they approximate it as the mesh is - * refined further). What is worse, if we constrain $\vec n \cdot \vec u=0$ - * at the common vertex with the normal vector from both cells, then we - * constrain the vector $\vec u$ with respect to two linearly independent - * vectors; consequently, the constraint would be $\vec u=0$ at this point - * (i.e. all components of the vector), which is not what we wanted. + * refined further). What is worse, if we constrain $\vec u \cdot \vec n= + * \vec u_\Gamma \cdot \vec n$ at the common vertex with the normal vector + * from both cells, then we constrain the vector $\vec u$ with respect to + * two linearly independent vectors; consequently, the constraint would be + * $\vec u=\vec u_\Gamma$ at this point (i.e. all components of the + * vector), which is not what we wanted. * * To deal with this situation, the algorithm works in the following way: at * each point where we want to constrain $\vec u$, we first collect all * normal vectors that adjacent cells might compute at this point. We then - * do not constrain $\vec n \cdot \vec u=0$ for each of these normal - * vectors but only for the average of the normal vectors. In the - * example above, we therefore record only a single constraint $\vec n \cdot - * \vec {\bar u}=0$, where $\vec {\bar u}$ is the average of the two - * indicated normal vectors. + * do not constrain $\vec u \cdot \vec n=\vec u_\Gamma \cdot \vec n$ for + * each of these normal vectors but only for the average of + * the normal vectors. In the example above, we therefore record only a + * single constraint $\vec u \cdot \vec {\bar n}=\vec u_\Gamma \cdot \vec + * {\bar n}$, where $\vec {\bar n}$ is the average of the two indicated + * normal vectors. * * Unfortunately, this is not quite enough. Consider the situation here: * @@ -1598,7 +1604,7 @@ namespace VectorTools * point per invocation (because we consider only one boundary part at a * time), with the result that the normal vectors will not be averaged. This * situation also needs to be taken into account when using this function - * around reentrant corners on Cartesian meshes. If no-normal-flux boundary + * around reentrant corners on Cartesian meshes. If normal-flux boundary * conditions are to be enforced on non-Cartesian meshes around reentrant * corners, one may even get cycles in the constraints as one will in * general constrain different components from the two sides. In that case, @@ -1632,7 +1638,7 @@ namespace VectorTools * front faces of the left cell belong to the boundary selected whereas only * the top face of the right cell belongs to it, maybe indicating the the entire * front part of the domain is a smooth manifold whereas the top really forms - * two separate manifolds that meet in a ridge, and that no-flux boundary + * two separate manifolds that meet in a ridge, and that normal-flux boundary * conditions are only desired on the front manifold and the right one on top. * In cases like these, it's difficult to define what should happen. The * current implementation simply ignores the one contribution from the @@ -1667,6 +1673,22 @@ namespace VectorTools */ template class DH, int spacedim> void + compute_nonzero_normal_flux_constraints (const DH &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + typename FunctionMap::type &function_map, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping = StaticMappingQ1::mapping); + + /** + * Same as above for homogeneous normal-flux constraints. + * + * @ingroup constraints + * + * @see @ref GlossBoundaryIndicator "Glossary entry on boundary indicators" + */ + template class DH, int spacedim> + void compute_no_normal_flux_constraints (const DH &dof_handler, const unsigned int first_vector_component, const std::set &boundary_ids, @@ -1675,14 +1697,32 @@ namespace VectorTools /** * Compute the constraints that correspond to boundary conditions of the - * form $\vec n \times \vec u=0$. This corresponds to flow with no tangential - * component, i.e. flow is parallel to the normal vector to the boundary if $\vec - * u$ is a vector-valued quantity. - * - * This function constrains exactly those - * vector-valued components that are left unconstrained by - * compute_no_normal_flux_constraints, and leaves the one component - * unconstrained that is constrained by compute_no_normal_flux_constraints. + * form $\vec u \times \vec n=\vec u_\Gamma \times \vec n$, i.e. tangential + * flow constraints if $\vec u$ is a vector-valued quantity. This function + * constrains exactly those vector-valued components that are left + * unconstrained by compute_no_normal_flux_constraints, and leaves the one + * component unconstrained that is constrained by + * compute_no_normal_flux_constraints. + * + * @ingroup constraints + * + * @see @ref GlossBoundaryIndicator "Glossary entry on boundary indicators" + */ + template class DH, int spacedim> + void + compute_nonzero_tangential_flux_constraints (const DH &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + typename FunctionMap::type &function_map, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping = StaticMappingQ1::mapping); + + /** + * Same as above for homogeneous tangential-flux constraints. + * + * @ingroup constraints + * + * @see @ref GlossBoundaryIndicator "Glossary entry on boundary indicators" */ template class DH, int spacedim> void diff --git a/deal.II/include/deal.II/numerics/vector_tools.templates.h b/deal.II/include/deal.II/numerics/vector_tools.templates.h index cd33a7f5f2..6d5869bb34 100644 --- a/deal.II/include/deal.II/numerics/vector_tools.templates.h +++ b/deal.II/include/deal.II/numerics/vector_tools.templates.h @@ -67,6 +67,7 @@ #include #include #include +#include DEAL_II_NAMESPACE_OPEN @@ -1713,7 +1714,7 @@ namespace VectorTools // will be used template class M_or_MC, - int dim_> + int dim_> static inline void do_interpolate_boundary_values (const M_or_MC &mapping, @@ -2468,7 +2469,7 @@ namespace VectorTools /** * Add the constraint - * $\vec n \cdot \vec u = 0$ + * $\vec n \cdot \vec u = inhom$ * to the list of constraints. * * Here, $\vec u$ is represented @@ -2485,7 +2486,8 @@ namespace VectorTools void add_constraint (const VectorDoFTuple &dof_indices, const Tensor<1,dim> &constraining_vector, - ConstraintMatrix &constraints) + ConstraintMatrix &constraints, + const double inhomogeneity=0) { // choose the DoF that has the @@ -2566,6 +2568,11 @@ namespace VectorTools constraints.add_entry (dof_indices.dof_indices[0], dof_indices.dof_indices[1], -constraining_vector[1]/constraining_vector[0]); + + if (std::fabs (inhomogeneity/constraining_vector[0]) + > std::numeric_limits::epsilon()) + constraints.set_inhomogeneity(dof_indices.dof_indices[0], + inhomogeneity/constraining_vector[0]); } } else @@ -2581,6 +2588,11 @@ namespace VectorTools constraints.add_entry (dof_indices.dof_indices[1], dof_indices.dof_indices[0], -constraining_vector[0]/constraining_vector[1]); + + if (std::fabs (inhomogeneity/constraining_vector[1]) + > std::numeric_limits::epsilon()) + constraints.set_inhomogeneity(dof_indices.dof_indices[1], + inhomogeneity/constraining_vector[1]); } } break; @@ -2609,6 +2621,11 @@ namespace VectorTools constraints.add_entry (dof_indices.dof_indices[0], dof_indices.dof_indices[2], -constraining_vector[2]/constraining_vector[0]); + + if (std::fabs (inhomogeneity/constraining_vector[0]) + > std::numeric_limits::epsilon()) + constraints.set_inhomogeneity(dof_indices.dof_indices[0], + inhomogeneity/constraining_vector[0]); } } else if ((std::fabs(constraining_vector[1])+1e-10 >= std::fabs(constraining_vector[0])) @@ -2632,6 +2649,11 @@ namespace VectorTools constraints.add_entry (dof_indices.dof_indices[1], dof_indices.dof_indices[2], -constraining_vector[2]/constraining_vector[1]); + + if (std::fabs (inhomogeneity/constraining_vector[1]) + > std::numeric_limits::epsilon()) + constraints.set_inhomogeneity(dof_indices.dof_indices[1], + inhomogeneity/constraining_vector[1]); } } else @@ -2653,6 +2675,11 @@ namespace VectorTools constraints.add_entry (dof_indices.dof_indices[2], dof_indices.dof_indices[1], -constraining_vector[1]/constraining_vector[2]); + + if (std::fabs (inhomogeneity/constraining_vector[2]) + > std::numeric_limits::epsilon()) + constraints.set_inhomogeneity(dof_indices.dof_indices[2], + inhomogeneity/constraining_vector[2]); } } @@ -2666,7 +2693,7 @@ namespace VectorTools /** - * Add the constraint $\vec u \| + * Add the constraint $(\vec u-\vec u_\Gamma) \| * \vec t$ to the list of * constraints. In 2d, this is a * single constraint, in 3d these @@ -2684,9 +2711,11 @@ namespace VectorTools */ template void - add_tangentiality_constraints (const VectorDoFTuple &dof_indices, - const Tensor<1,dim> &tangent_vector, - ConstraintMatrix &constraints) + add_tangentiality_constraints + (const VectorDoFTuple &dof_indices, + const Tensor<1,dim> &tangent_vector, + ConstraintMatrix &constraints, + const Vector &b_values = Vector(dim)) { // choose the DoF that has the @@ -2698,7 +2727,7 @@ namespace VectorTools // component 0 of the tangent // vector t is largest by // magnitude, then - // x1=t[1]/t[0]*x_0, etc. + // x1=(b[1]*t[0]-b[0]*t[1])/t[0]+t[1]/t[0]*x_0, etc. unsigned int largest_component = 0; for (unsigned int d=1; d std::fabs(tangent_vector[largest_component]) + 1e-10) @@ -2720,6 +2749,16 @@ namespace VectorTools constraints.add_entry (dof_indices.dof_indices[d], dof_indices.dof_indices[largest_component], tangent_vector[d]/tangent_vector[largest_component]); + + const double inhomogeneity + = (b_values(d)*tangent_vector[largest_component] + -b_values(largest_component)*tangent_vector[d]) + /tangent_vector[largest_component]; + + if (std::fabs(inhomogeneity) + > std::numeric_limits::epsilon()) + constraints.set_inhomogeneity(dof_indices.dof_indices[d], + inhomogeneity); } } @@ -3114,7 +3153,11 @@ namespace VectorTools + values[q_point] (first_vector_component + 1) * tangentials[q_point] (1)) * (fe_values[vec].value (fe.face_to_cell_index (i, face), q_point) - * tangentials[q_point]); + * tangentials[q_point]) + / std::sqrt (jacobians[q_point][0][face_coordinate_direction[face]] + * jacobians[q_point][0][face_coordinate_direction[face]] + + jacobians[q_point][1][face_coordinate_direction[face]] + * jacobians[q_point][1][face_coordinate_direction[face]]); if (q_point == 0) dofs_processed[i] = true; @@ -4264,6 +4307,29 @@ namespace VectorTools const std::set &boundary_ids, ConstraintMatrix &constraints, const Mapping &mapping) + { + ZeroFunctionzero_function(dim); + typename FunctionMap::type function_map; + std::set::const_iterator it + = boundary_ids.begin(); + for (;it != boundary_ids.end(); ++it) + function_map[*it] = &zero_function; + compute_nonzero_normal_flux_constraints(dof_handler, + first_vector_component, + boundary_ids, + function_map, + constraints, + mapping); + } + + template class DH, int spacedim> + void + compute_nonzero_normal_flux_constraints (const DH &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + typename FunctionMap::type &function_map, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping) { Assert (dim > 1, ExcMessage ("This function is not useful in 1d because it amounts " @@ -4284,16 +4350,15 @@ namespace VectorTools // FE hp::QCollection face_quadrature_collection; for (unsigned int i=0; i > & - unit_support_points = fe_collection[i].get_unit_face_support_points(); + { + const std::vector > & + unit_support_points = fe_collection[i].get_unit_face_support_points(); - Assert (unit_support_points.size() == fe_collection[i].dofs_per_face, - ExcInternalError()); + Assert (unit_support_points.size() == fe_collection[i].dofs_per_face, + ExcInternalError()); - face_quadrature_collection - .push_back (Quadrature (unit_support_points)); - } + face_quadrature_collection.push_back (Quadrature (unit_support_points)); + } // now create the object with which we will generate the normal vectors hp::FEFaceValues x_fe_face_values (mapping_collection, @@ -4317,6 +4382,8 @@ namespace VectorTools std::multimap, std::pair, typename DH::active_cell_iterator> > DoFToNormalsMap; + std::map, Vector > + dof_vector_to_b_values; DoFToNormalsMap dof_to_normals_map; @@ -4324,129 +4391,136 @@ namespace VectorTools typename DH::active_cell_iterator cell = dof_handler.begin_active(), endc = dof_handler.end(); + std::set::iterator b_id; for (; cell!=endc; ++cell) if (!cell->is_artificial()) for (unsigned int face_no=0; face_no < GeometryInfo::faces_per_cell; ++face_no) - if (boundary_ids.find(cell->face(face_no)->boundary_indicator()) + if ((b_id=boundary_ids.find(cell->face(face_no)->boundary_indicator())) != boundary_ids.end()) - { - const FiniteElement &fe = cell->get_fe (); - typename DH::face_iterator face = cell->face(face_no); + { + const FiniteElement &fe = cell->get_fe (); + typename DH::face_iterator face = cell->face(face_no); - // get the indices of the dofs on this cell... - face_dofs.resize (fe.dofs_per_face); - face->get_dof_indices (face_dofs, cell->active_fe_index()); + // get the indices of the dofs on this cell... + face_dofs.resize (fe.dofs_per_face); + face->get_dof_indices (face_dofs, cell->active_fe_index()); - x_fe_face_values.reinit (cell, face_no); - const FEFaceValues &fe_values = x_fe_face_values.get_present_fe_values(); + x_fe_face_values.reinit (cell, face_no); + const FEFaceValues &fe_values = x_fe_face_values.get_present_fe_values(); + + // then identify which of them correspond to the selected set of + // vector components + for (unsigned int i=0; i vector_dofs; + vector_dofs.dof_indices[0] = face_dofs[i]; + + Assert(first_vector_component+dim<=fe.n_components(), + ExcMessage("Error: the finite element does not have enough components " + "to define a normal direction.")); + + for (unsigned int k=0; kactive_fe_index()].point(k) == + face_quadrature_collection[cell->active_fe_index()].point(i)) + && + (fe.face_system_to_component_index(k).first >= + first_vector_component) + && + (fe.face_system_to_component_index(k).first < + first_vector_component + dim)) + vector_dofs.dof_indices[fe.face_system_to_component_index(k).first - + first_vector_component] + = face_dofs[k]; + + for (unsigned int d=0; d normal_vector + = (cell->face(face_no)->get_boundary().normal_vector + (cell->face(face_no), fe_values.quadrature_point(i))); + if (normal_vector * fe_values.normal_vector(i) < 0) + normal_vector *= -1; + Assert (std::fabs(normal_vector.norm() - 1) < 1e-14, + ExcInternalError()); + for (unsigned int d=0; d point + = fe_values.quadrature_point(i); + Vector b_values(dim); + function_map[*b_id]->vector_value(point, b_values); + + // now enter the (dofs,(normal_vector,cell)) entry into + // the map + dof_to_normals_map.insert + (std::make_pair (vector_dofs, + std::make_pair (normal_vector,cell))); + dof_vector_to_b_values.insert + (std::make_pair(vector_dofs, b_values)); - // then identify which of them correspond to the selected set of - // vector components - for (unsigned int i=0; i vector_dofs; - vector_dofs.dof_indices[0] = face_dofs[i]; - - Assert(first_vector_component+dim<=fe.n_components(), - ExcMessage("Error: the finite element does not have enough components " - "to define a normal direction.")); - - for (unsigned int k=0; kactive_fe_index()].point(k) == - face_quadrature_collection[cell->active_fe_index()].point(i)) - && - (fe.face_system_to_component_index(k).first >= - first_vector_component) - && - (fe.face_system_to_component_index(k).first < - first_vector_component + dim)) - vector_dofs.dof_indices[fe.face_system_to_component_index(k).first - - first_vector_component] - = face_dofs[k]; - - for (unsigned int d=0; d normal_vector - = (cell->face(face_no)->get_boundary() - .normal_vector (cell->face(face_no), - fe_values.quadrature_point(i))); - if (normal_vector * fe_values.normal_vector(i) < 0) - normal_vector *= -1; - Assert (std::fabs(normal_vector.norm() - 1) < 1e-14, - ExcInternalError()); - for (unsigned int d=0; dcenter() << std::endl - << " normal=" << normal_vector << std::endl; + std::cout << "Adding normal vector:" << std::endl + << " dofs=" << vector_dofs << std::endl + << " cell=" << cell << " at " << cell->center() << std::endl + << " normal=" << normal_vector << std::endl; #endif - } - } + } + } // Now do something with the collected information. To this end, loop // through all sets of pairs (dofs,normal_vector) and identify which @@ -4457,332 +4531,338 @@ namespace VectorTools p = dof_to_normals_map.begin(); while (p != dof_to_normals_map.end()) - { - // first find the range of entries in the multimap that corresponds to - // the same vector-dof tuple. as usual, we define the range - // half-open. the first entry of course is 'p' - typename DoFToNormalsMap::const_iterator same_dof_range[2] - = { p }; - for (++p; p != dof_to_normals_map.end(); ++p) - if (p->first != same_dof_range[0]->first) - { - same_dof_range[1] = p; - break; - } - if (p == dof_to_normals_map.end()) - same_dof_range[1] = dof_to_normals_map.end(); + { + // first find the range of entries in the multimap that corresponds to + // the same vector-dof tuple. as usual, we define the range + // half-open. the first entry of course is 'p' + typename DoFToNormalsMap::const_iterator same_dof_range[2] = { p }; + for (++p; p != dof_to_normals_map.end(); ++p) + if (p->first != same_dof_range[0]->first) + { + same_dof_range[1] = p; + break; + } + if (p == dof_to_normals_map.end()) + same_dof_range[1] = dof_to_normals_map.end(); #ifdef DEBUG_NO_NORMAL_FLUX - std::cout << "For dof indices <" << p->first << ">, found the following normals" + std::cout << "For dof indices <" << p->first << ">, found the following normals" + << std::endl; + for (typename DoFToNormalsMap::const_iterator + q = same_dof_range[0]; + q != same_dof_range[1]; ++q) + std::cout << " " << q->second.first + << " from cell " << q->second.second << std::endl; - for (typename DoFToNormalsMap::const_iterator - q = same_dof_range[0]; - q != same_dof_range[1]; ++q) - std::cout << " " << q->second.first - << " from cell " << q->second.second - << std::endl; #endif - // now compute the reverse mapping: for each of the cells that - // contributed to the current set of vector dofs, add up the normal - // vectors. the values of the map are pairs of normal vectors and - // number of cells that have contributed - typedef - std::map - ::active_cell_iterator, - std::pair, unsigned int> > + // now compute the reverse mapping: for each of the cells that + // contributed to the current set of vector dofs, add up the normal + // vectors. the values of the map are pairs of normal vectors and + // number of cells that have contributed + typedef std::map::active_cell_iterator, + std::pair, unsigned int> > CellToNormalsMap; - CellToNormalsMap cell_to_normals_map; - for (typename DoFToNormalsMap::const_iterator - q = same_dof_range[0]; - q != same_dof_range[1]; ++q) - if (cell_to_normals_map.find (q->second.second) + CellToNormalsMap cell_to_normals_map; + for (typename DoFToNormalsMap::const_iterator + q = same_dof_range[0]; + q != same_dof_range[1]; ++q) + if (cell_to_normals_map.find (q->second.second) == cell_to_normals_map.end()) cell_to_normals_map[q->second.second] = std::make_pair (q->second.first, 1U); - else - { - const Tensor<1,dim> old_normal + else + { + const Tensor<1,dim> old_normal = cell_to_normals_map[q->second.second].first; - const unsigned int old_count + const unsigned int old_count = cell_to_normals_map[q->second.second].second; - Assert (old_count > 0, ExcInternalError()); + Assert (old_count > 0, ExcInternalError()); - // in the same entry, store again the now averaged normal vector - // and the new count - cell_to_normals_map[q->second.second] - = std::make_pair ((old_normal * old_count + q->second.first) / (old_count + 1), - old_count + 1); - } - Assert (cell_to_normals_map.size() >= 1, ExcInternalError()); + // in the same entry, store again the now averaged normal vector + // and the new count + cell_to_normals_map[q->second.second] + = std::make_pair ((old_normal * old_count + q->second.first) / (old_count + 1), + old_count + 1); + } + Assert (cell_to_normals_map.size() >= 1, ExcInternalError()); #ifdef DEBUG_NO_NORMAL_FLUX - std::cout << " cell_to_normals_map:" << std::endl; - for (typename CellToNormalsMap::const_iterator - x = cell_to_normals_map.begin(); - x != cell_to_normals_map.end(); ++x) - std::cout << " " << x->first << " -> (" - << x->second.first << ',' << x->second.second << ')' - << std::endl; + std::cout << " cell_to_normals_map:" << std::endl; + for (typename CellToNormalsMap::const_iterator + x = cell_to_normals_map.begin(); + x != cell_to_normals_map.end(); ++x) + std::cout << " " << x->first << " -> (" + << x->second.first << ',' << x->second.second << ')' + << std::endl; #endif - // count the maximum number of contributions from each cell - unsigned int max_n_contributions_per_cell = 1; - for (typename CellToNormalsMap::const_iterator - x = cell_to_normals_map.begin(); - x != cell_to_normals_map.end(); ++x) + // count the maximum number of contributions from each cell + unsigned int max_n_contributions_per_cell = 1; + for (typename CellToNormalsMap::const_iterator + x = cell_to_normals_map.begin(); + x != cell_to_normals_map.end(); ++x) max_n_contributions_per_cell = std::max (max_n_contributions_per_cell, x->second.second); - // verify that each cell can have only contributed at most dim times, - // since that is the maximum number of faces that come together at a - // single place - Assert (max_n_contributions_per_cell <= dim, ExcInternalError()); - - switch (max_n_contributions_per_cell) - { - // first deal with the case that a number of cells all have - // registered that they have a normal vector defined at the - // location of a given vector dof, and that each of them have - // encountered this vector dof exactly once while looping over all - // their faces. as stated in the documentation, this is the case - // where we want to simply average over all normal vectors - // - // the typical case is in 2d where multiple cells meet at one - // vertex sitting on the boundary. same in 3d for a vertex that - // is associated with only one of the boundary indicators passed - // to this function - case 1: - { - - // compute the average normal vector from all the ones that have - // the same set of dofs. we could add them up and divide them by - // the number of additions, or simply normalize them right away - // since we want them to have unit length anyway - Tensor<1,dim> normal; - for (typename CellToNormalsMap::const_iterator - x = cell_to_normals_map.begin(); - x != cell_to_normals_map.end(); ++x) - normal += x->second.first; - normal /= normal.norm(); - - // normalize again - for (unsigned int d=0; d & - dof_indices = same_dof_range[0]->first; - internal::add_constraint (dof_indices, normal, - constraints); + // verify that each cell can have only contributed at most dim times, + // since that is the maximum number of faces that come together at a + // single place + Assert (max_n_contributions_per_cell <= dim, ExcInternalError()); - break; - } + switch (max_n_contributions_per_cell) + { + // first deal with the case that a number of cells all have + // registered that they have a normal vector defined at the + // location of a given vector dof, and that each of them have + // encountered this vector dof exactly once while looping over all + // their faces. as stated in the documentation, this is the case + // where we want to simply average over all normal vectors + // + // the typical case is in 2d where multiple cells meet at one + // vertex sitting on the boundary. same in 3d for a vertex that + // is associated with only one of the boundary indicators passed + // to this function + case 1: + { + // compute the average normal vector from all the ones that have + // the same set of dofs. we could add them up and divide them by + // the number of additions, or simply normalize them right away + // since we want them to have unit length anyway + Tensor<1,dim> normal; + for (typename CellToNormalsMap::const_iterator + x = cell_to_normals_map.begin(); + x != cell_to_normals_map.end(); ++x) + normal += x->second.first; + normal /= normal.norm(); + + // normalize again + for (unsigned int d=0; d & + dof_indices = same_dof_range[0]->first; + double normal_value = 0.; + const Vector b_values = dof_vector_to_b_values[dof_indices]; + for (unsigned int i=0; i t; + + typename DoFToNormalsMap::const_iterator x = same_dof_range[0]; + for (unsigned int i=0; isecond.first[j]; + + Assert (std::fabs(determinant (t)) > 1e-3, + ExcMessage("Found a set of normal vectors that are nearly collinear.")); + } - // check linear independence by computing the determinant of the - // matrix created from all the normal vectors. if they are - // linearly independent, then the determinant is nonzero. if they - // are orthogonal, then the matrix is in fact equal to 1 (since - // they are all unit vectors); make sure the determinant is larger - // than 1e-3 to avoid cases where cells are degenerate + // so all components of this vector dof are constrained. enter + // this into the constraint matrix + // + // ignore dofs already constrained + const internal::VectorDoFTuple & + dof_indices = same_dof_range[0]->first; + const Vector b_values = dof_vector_to_b_values[dof_indices]; + for (unsigned int i=0; ifirst.dof_indices[i]) + && + constraints.can_store_line(same_dof_range[0]->first.dof_indices[i])) { - Tensor<2,dim> t; - - typename DoFToNormalsMap::const_iterator x = same_dof_range[0]; - for (unsigned int i=0; isecond.first[j]; - - Assert (std::fabs(determinant (t)) > 1e-3, - ExcMessage("Found a set of normal vectors that are nearly collinear.")); + const types::global_dof_index line + = dof_indices.dof_indices[i]; + constraints.add_line (line); + if (std::fabs(b_values[i]) + > std::numeric_limits::epsilon()) + constraints.set_inhomogeneity(line, b_values[i]); + // no add_entries here } - // so all components of this vector dof are constrained. enter - // this into the constraint matrix - // - // ignore dofs already constrained - for (unsigned int i=0; ifirst.dof_indices[i]) - && - constraints.can_store_line( - same_dof_range[0]->first.dof_indices[i])) - { - constraints.add_line (same_dof_range[0]->first.dof_indices[i]); - // no add_entries here - } - break; } - - // this is the case of an edge contribution in 3d, i.e. the vector - // is constrained in two directions but not the third. - default: - { - Assert (dim >= 3, ExcNotImplemented()); - Assert (max_n_contributions_per_cell == 2, ExcInternalError()); - - // as described in the documentation, let us first collect what - // each of the cells contributed at the current point. we use a - // std::list instead of a std::set (which would be more natural) - // because std::set requires that the stored elements are - // comparable with operator< - typedef - std::map::active_cell_iterator, std::list > > + // this is the case of an edge contribution in 3d, i.e. the vector + // is constrained in two directions but not the third. + default: + { + Assert (dim >= 3, ExcNotImplemented()); + Assert (max_n_contributions_per_cell == 2, ExcInternalError()); + + // as described in the documentation, let us first collect what + // each of the cells contributed at the current point. we use a + // std::list instead of a std::set (which would be more natural) + // because std::set requires that the stored elements are + // comparable with operator< + typedef std::map::active_cell_iterator, + std::list > > CellContributions; - CellContributions cell_contributions; - - for (typename DoFToNormalsMap::const_iterator - q = same_dof_range[0]; - q != same_dof_range[1]; ++q) - cell_contributions[q->second.second].push_back (q->second.first); - Assert (cell_contributions.size() >= 1, ExcInternalError()); - - // now for each cell that has contributed determine the number of - // normal vectors it has contributed. we currently only implement - // if this is dim-1 for all cells (if a single cell has - // contributed dim, or if all adjacent cells have contributed 1 - // normal vector, this is already handled above). - // - // we only implement the case that all cells contribute - // dim-1 because we assume that we are following an edge - // of the domain (think: we are looking at a vertex - // located on one of the edges of a refined cube where the - // boundary indicators of the two adjacent faces of the - // cube are both listed in the set of boundary indicators - // passed to this function). in that case, all cells along - // that edge of the domain are assumed to have contributed - // dim-1 normal vectors. however, there are cases where - // this assumption is not justified (see the lengthy - // explanation in test no_flux_12.cc) and in those cases - // we simply ignore the cell that contributes only - // once. this is also discussed at length in the - // documentation of this function. - // - // for each contributing cell compute the tangential vector that - // remains unconstrained - std::list > tangential_vectors; - for (typename CellContributions::const_iterator - contribution = cell_contributions.begin(); - contribution != cell_contributions.end(); - ++contribution) - { + CellContributions cell_contributions; + + for (typename DoFToNormalsMap::const_iterator + q = same_dof_range[0]; + q != same_dof_range[1]; ++q) + cell_contributions[q->second.second].push_back (q->second.first); + Assert (cell_contributions.size() >= 1, ExcInternalError()); + + // now for each cell that has contributed determine the number of + // normal vectors it has contributed. we currently only implement + // if this is dim-1 for all cells (if a single cell has + // contributed dim, or if all adjacent cells have contributed 1 + // normal vector, this is already handled above). + // + // we only implement the case that all cells contribute + // dim-1 because we assume that we are following an edge + // of the domain (think: we are looking at a vertex + // located on one of the edges of a refined cube where the + // boundary indicators of the two adjacent faces of the + // cube are both listed in the set of boundary indicators + // passed to this function). in that case, all cells along + // that edge of the domain are assumed to have contributed + // dim-1 normal vectors. however, there are cases where + // this assumption is not justified (see the lengthy + // explanation in test no_flux_12.cc) and in those cases + // we simply ignore the cell that contributes only + // once. this is also discussed at length in the + // documentation of this function. + // + // for each contributing cell compute the tangential vector that + // remains unconstrained + std::list > tangential_vectors; + for (typename CellContributions::const_iterator + contribution = cell_contributions.begin(); + contribution != cell_contributions.end(); + ++contribution) + { #ifdef DEBUG_NO_NORMAL_FLUX - std::cout << " Treating edge case with dim-1 contributions." << std::endl - << " Looking at cell " << contribution->first - << " which has contributed these normal vectors:" - << std::endl; - for (typename std::list >::const_iterator - t = contribution->second.begin(); - t != contribution->second.end(); - ++t) - std::cout << " " << *t << std::endl; + std::cout << " Treating edge case with dim-1 contributions." << std::endl + << " Looking at cell " << contribution->first + << " which has contributed these normal vectors:" + << std::endl; + for (typename std::list >::const_iterator + t = contribution->second.begin(); + t != contribution->second.end(); + ++t) + std::cout << " " << *t << std::endl; #endif - // as mentioned above, simply ignore cells that only - // contribute once - if (contribution->second.size() < dim-1) - continue; - - Tensor<1,dim> normals[dim-1]; - { - unsigned int index=0; - for (typename std::list >::const_iterator - t = contribution->second.begin(); - t != contribution->second.end(); - ++t, ++index) - normals[index] = *t; - Assert (index == dim-1, ExcInternalError()); - } - - // calculate the tangent as the outer product of the normal - // vectors. since these vectors do not need to be orthogonal - // (think, for example, the case of the deal.II/no_flux_07 - // test: a sheared cube in 3d, with Q2 elements, where we have - // constraints from the two normal vectors of two faces of the - // sheared cube that are not perpendicular to each other), we - // have to normalize the outer product - Tensor<1,dim> tangent; - switch (dim) - { - case 3: - // take cross product between normals[0] and - // normals[1]. write it in the current form (with [dim-2]) - // to make sure that compilers don't warn about - // out-of-bounds accesses -- the warnings are bogus since - // we get here only for dim==3, but at least one isn't - // quite smart enough to notice this and warns when - // compiling the function in 2d - cross_product (tangent, normals[0], normals[dim-2]); - break; - default: - Assert (false, ExcNotImplemented()); - } - - Assert (std::fabs (tangent.norm()) > 1e-12, - ExcMessage("Two normal vectors from adjacent faces are almost " - "parallel.")); - tangent /= tangent.norm(); - - tangential_vectors.push_back (tangent); - } + // as mentioned above, simply ignore cells that only + // contribute once + if (contribution->second.size() < dim-1) + continue; + + Tensor<1,dim> normals[dim-1]; + { + unsigned int index=0; + for (typename std::list >::const_iterator + t = contribution->second.begin(); + t != contribution->second.end(); + ++t, ++index) + normals[index] = *t; + Assert (index == dim-1, ExcInternalError()); + } - // go through the list of tangents and make sure that they all - // roughly point in the same direction as the first one (i.e. have - // an angle less than 90 degrees); if they don't then flip their - // sign + // calculate the tangent as the outer product of the normal + // vectors. since these vectors do not need to be orthogonal + // (think, for example, the case of the deal.II/no_flux_07 + // test: a sheared cube in 3d, with Q2 elements, where we have + // constraints from the two normal vectors of two faces of the + // sheared cube that are not perpendicular to each other), we + // have to normalize the outer product + Tensor<1,dim> tangent; + switch (dim) { - const Tensor<1,dim> first_tangent = tangential_vectors.front(); - typename std::list >::iterator - t = tangential_vectors.begin(); - ++t; - for (; t != tangential_vectors.end(); ++t) - if (*t * first_tangent < 0) - *t *= -1; + case 3: + // take cross product between normals[0] and + // normals[1]. write it in the current form (with [dim-2]) + // to make sure that compilers don't warn about + // out-of-bounds accesses -- the warnings are bogus since + // we get here only for dim==3, but at least one isn't + // quite smart enough to notice this and warns when + // compiling the function in 2d + cross_product (tangent, normals[0], normals[dim-2]); + break; + default: + Assert (false, ExcNotImplemented()); } - // now compute the average tangent and normalize it - Tensor<1,dim> average_tangent; - for (typename std::list >::const_iterator - t = tangential_vectors.begin(); - t != tangential_vectors.end(); - ++t) - average_tangent += *t; - average_tangent /= average_tangent.norm(); + Assert (std::fabs (tangent.norm()) > 1e-12, + ExcMessage("Two normal vectors from adjacent faces are almost " + "parallel.")); + tangent /= tangent.norm(); - // now all that is left is that we add the constraints that the - // vector is parallel to the tangent - const internal::VectorDoFTuple & - dof_indices = same_dof_range[0]->first; - internal::add_tangentiality_constraints (dof_indices, - average_tangent, - constraints); + tangential_vectors.push_back (tangent); } + + // go through the list of tangents and make sure that they all + // roughly point in the same direction as the first one (i.e. have + // an angle less than 90 degrees); if they don't then flip their + // sign + { + const Tensor<1,dim> first_tangent = tangential_vectors.front(); + typename std::list >::iterator + t = tangential_vectors.begin(); + ++t; + for (; t != tangential_vectors.end(); ++t) + if (*t * first_tangent < 0) + *t *= -1; } + + // now compute the average tangent and normalize it + Tensor<1,dim> average_tangent; + for (typename std::list >::const_iterator + t = tangential_vectors.begin(); + t != tangential_vectors.end(); + ++t) + average_tangent += *t; + average_tangent /= average_tangent.norm(); + + // now all that is left is that we add the constraints that the + // vector is parallel to the tangent + const internal::VectorDoFTuple & + dof_indices = same_dof_range[0]->first; + const Vector b_values = dof_vector_to_b_values[dof_indices]; + internal::add_tangentiality_constraints (dof_indices, + average_tangent, + constraints, + b_values); + } } + } } @@ -4812,13 +4892,64 @@ namespace VectorTools const std::set &boundary_ids, ConstraintMatrix &constraints, const Mapping &mapping) + { + ZeroFunctionzero_function(dim); + typename FunctionMap::type function_map; + std::set::const_iterator it + = boundary_ids.begin(); + for (;it != boundary_ids.end(); ++it) + function_map[*it] = &zero_function; + compute_nonzero_tangential_flux_constraints(dof_handler, + first_vector_component, + boundary_ids, + function_map, + constraints, + mapping); + } + + template class DH, int spacedim> + void + compute_nonzero_tangential_flux_constraints (const DH &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + typename FunctionMap::type &function_map, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping) { ConstraintMatrix no_normal_flux_constraints(constraints.get_local_lines()); - compute_no_normal_flux_constraints (dof_handler, - first_vector_component, - boundary_ids, - no_normal_flux_constraints, - mapping); + compute_nonzero_normal_flux_constraints (dof_handler, + first_vector_component, + boundary_ids, + function_map, + no_normal_flux_constraints, + mapping); + + hp::FECollection fe_collection (dof_handler.get_fe()); + hp::MappingCollection mapping_collection; + for (unsigned int i=0; i face_quadrature_collection; + for (unsigned int i=0; i > & + unit_support_points = fe_collection[i].get_unit_face_support_points(); + + Assert (unit_support_points.size() == fe_collection[i].dofs_per_face, + ExcInternalError()); + + face_quadrature_collection.push_back (Quadrature (unit_support_points)); + } + + // now create the object with which we will generate the normal vectors + hp::FEFaceValues x_fe_face_values (mapping_collection, + fe_collection, + face_quadrature_collection, + update_q_points | + update_normal_vectors); // Extract a list that collects all vector components that belong to the // same node (scalar basis function). When creating that list, we use an @@ -4826,13 +4957,17 @@ namespace VectorTools std::set, PointComparator > vector_dofs; std::vector face_dofs; + std::map, Vector > + dof_vector_to_b_values; + + std::set::iterator b_id; std::vector > cell_vector_dofs; for (typename DH::active_cell_iterator cell = dof_handler.begin_active(); cell != dof_handler.end(); ++cell) if (!cell->is_artificial()) for (unsigned int face_no=0; face_no < GeometryInfo::faces_per_cell; ++face_no) - if (boundary_ids.find(cell->face(face_no)->boundary_indicator()) + if ((b_id=boundary_ids.find(cell->face(face_no)->boundary_indicator())) != boundary_ids.end()) { const FiniteElement &fe = cell->get_fe(); @@ -4842,25 +4977,50 @@ namespace VectorTools face_dofs.resize (fe.dofs_per_face); face->get_dof_indices (face_dofs, cell->active_fe_index()); + x_fe_face_values.reinit (cell, face_no); + const FEFaceValues &fe_values = x_fe_face_values.get_present_fe_values(); + + std::map dof_to_b_value; + unsigned int n_scalar_indices = 0; cell_vector_dofs.resize(fe.dofs_per_face); for (unsigned int i=0; i= first_vector_component && fe.face_system_to_component_index(i).first < first_vector_component + dim) - { - n_scalar_indices = - std::max(n_scalar_indices, - fe.face_system_to_component_index(i).second+1); - cell_vector_dofs[fe.face_system_to_component_index(i).second] - [fe.face_system_to_component_index(i).first-first_vector_component] - = face_dofs[i]; - } + { + const unsigned int component + = fe.face_system_to_component_index(i).first + -first_vector_component; + n_scalar_indices = + std::max(n_scalar_indices, + fe.face_system_to_component_index(i).second+1); + cell_vector_dofs[fe.face_system_to_component_index(i).second] + [component] + = face_dofs[i]; + + const Point point + = fe_values.quadrature_point(i); + const double b_value + = function_map[*b_id]->value(point, component); + dof_to_b_value.insert + (std::make_pair(face_dofs[i], b_value)); + } + } // now we identified the vector indices on the cell, so next // insert them into the set (it would be expensive to directly // insert incomplete points into the set) for (unsigned int i=0; i b_values(dim); + for (unsigned int j=0; j 1) { + const Vector b_value = dof_vector_to_b_values[*it]; for (unsigned int d=0; d boundary_value = dof_vector_to_b_values[*it]; for (unsigned int d=0; d 1e-13) constraints.add_entry(new_index, (*it)[constrained_index], -normal[d]); + constraints.set_inhomogeneity(new_index, boundary_value[d]); } } } diff --git a/deal.II/source/numerics/vector_tools_constraints.inst.in b/deal.II/source/numerics/vector_tools_constraints.inst.in index f3bfa2a7d3..4a1c6ab7da 100644 --- a/deal.II/source/numerics/vector_tools_constraints.inst.in +++ b/deal.II/source/numerics/vector_tools_constraints.inst.in @@ -1,7 +1,7 @@ // --------------------------------------------------------------------- // $Id$ // -// Copyright (C) 1998 - 2013 by the deal.II authors +// Copyright (C) 1998 - 2014 by the deal.II authors // // This file is part of the deal.II library. // @@ -18,41 +18,78 @@ //TODO[SP]: replace by // where applicable and move to codimension cases above also when applicable for (deal_II_dimension : DIMENSIONS; deal_II_space_dimension : SPACE_DIMENSIONS) - { - namespace VectorTools \{ +{ + namespace VectorTools \{ #if deal_II_dimension == deal_II_space_dimension #if deal_II_dimension != 1 - template - void - compute_no_normal_flux_constraints (const DoFHandler &dof_handler, - const unsigned int first_vector_component, - const std::set &boundary_ids, - ConstraintMatrix &constraints, - const Mapping &mapping); - template - void - compute_no_normal_flux_constraints (const hp::DoFHandler &dof_handler, - const unsigned int first_vector_component, - const std::set &boundary_ids, - ConstraintMatrix &constraints, - const Mapping &mapping); + template + void + compute_nonzero_normal_flux_constraints (const DoFHandler &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + typename FunctionMap::type &function_map, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping); - template - void - compute_normal_flux_constraints (const DoFHandler &dof_handler, - const unsigned int first_vector_component, - const std::set &boundary_ids, - ConstraintMatrix &constraints, - const Mapping &mapping); - template - void - compute_normal_flux_constraints (const hp::DoFHandler &dof_handler, - const unsigned int first_vector_component, - const std::set &boundary_ids, - ConstraintMatrix &constraints, - const Mapping &mapping); + template + void + compute_nonzero_normal_flux_constraints (const hp::DoFHandler &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + typename FunctionMap::type &function_map, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping); + + template + void + compute_nonzero_tangential_flux_constraints (const DoFHandler &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + typename FunctionMap::type &function_map, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping); + template + void + compute_nonzero_tangential_flux_constraints (const hp::DoFHandler &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + typename FunctionMap::type &function_map, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping); + + template + void + compute_no_normal_flux_constraints (const DoFHandler &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping); + + template + void + compute_no_normal_flux_constraints (const hp::DoFHandler &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping); + + template + void + compute_normal_flux_constraints (const DoFHandler &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping); + + template + void + compute_normal_flux_constraints (const hp::DoFHandler &dof_handler, + const unsigned int first_vector_component, + const std::set &boundary_ids, + ConstraintMatrix &constraints, + const Mapping &mapping); #endif #endif - \} - } + \} +} \ No newline at end of file diff --git a/tests/deal.II/normal_flux_inhom_01.cc b/tests/deal.II/normal_flux_inhom_01.cc new file mode 100644 index 0000000000..5d725287e5 --- /dev/null +++ b/tests/deal.II/normal_flux_inhom_01.cc @@ -0,0 +1,130 @@ +// --------------------------------------------------------------------- +// $Id: no_flux_inhom_01.cc 31349 2013-10-20 19:07:06Z maier $ +// +// Copyright (C) 2007 - 2013 by the deal.II authors +// +// This file is part of the deal.II library. +// +// The deal.II library is free software; you can use it, redistribute +// it, and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General +// Public License as published by the Free Software Foundation; either +// version 2.1 of the License, or (at your option) any later version. +// The full text of the license can be found in the file LICENSE at +// the top level of the deal.II distribution. +// +// --------------------------------------------------------------------- + + + +// check the creation of inhomogeneous normal-flux boundary conditions +// for a finite element that consists of only a single set of vector +// components (i.e. it has dim components) + +#include "../tests.h" +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include + + +template +void test (const Triangulation &tr, + const FiniteElement &fe) +{ + DoFHandler dof(tr); + dof.distribute_dofs(fe); + + ConstantFunction constant_function(1.,dim); + typename FunctionMap::type function_map; + for (unsigned int j=0; j::faces_per_cell; ++j) + function_map[j] = &constant_function; + + for (unsigned int i=0; i::faces_per_cell; ++i) + { + deallog << "FE=" << fe.get_name() + << ", case=" << i + << std::endl; + + std::set boundary_ids; + for (unsigned int j=0; j<=i; ++j) + boundary_ids.insert (j); + + ConstraintMatrix cm; + VectorTools::compute_nonzero_normal_flux_constraints + (dof, 0, boundary_ids, function_map, cm); + + cm.print (deallog.get_file_stream ()); + } + //Get the location of all boundary dofs + std::vector face_dofs; + const std::vector > & + unit_support_points = fe.get_unit_face_support_points(); + Quadrature quadrature(unit_support_points); + FEFaceValues fe_face_values(fe, quadrature, update_q_points); + typename DoFHandler::active_cell_iterator + cell = dof.begin_active(), + endc = dof.end(); + for (; cell!=endc; ++cell) + for (unsigned int face_no=0; face_no < GeometryInfo::faces_per_cell; + ++face_no) + if (cell->face(face_no)->at_boundary()) + { + typename DoFHandler::face_iterator face = cell->face(face_no); + face_dofs.resize (fe.dofs_per_face); + face->get_dof_indices (face_dofs); + + fe_face_values.reinit(cell, face_no); + for (unsigned int i=0; i +void test_hyper_cube() +{ + Triangulation tr; + GridGenerator::hyper_cube(tr); + + for (unsigned int i=0; i::faces_per_cell; ++i) + tr.begin_active()->face(i)->set_boundary_indicator (i); + + tr.refine_global(2); + + for (unsigned int degree=1; degree<4; ++degree) + { + FESystem fe (FE_Q(degree), dim); + test(tr, fe); + } +} + + +int main() +{ + std::ofstream logfile ("output"); + deallog << std::setprecision (2); + deallog << std::fixed; + deallog.attach(logfile); + deallog.depth_console (0); + deallog.threshold_double(1.e-12); + + test_hyper_cube<2>(); + test_hyper_cube<3>(); +} diff --git a/tests/deal.II/normal_flux_inhom_01.output b/tests/deal.II/normal_flux_inhom_01.output new file mode 100644 index 0000000000..02a42423b8 --- /dev/null +++ b/tests/deal.II/normal_flux_inhom_01.output @@ -0,0 +1,6076 @@ + +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(1)^2], case=0 + 0 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 12 = 1.00000 + 30 = 1.00000 + 36 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(1)^2], case=1 + 0 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 12 = 1.00000 + 22 = 1.00000 + 24 = 1.00000 + 28 = 1.00000 + 30 = 1.00000 + 36 = 1.00000 + 44 = 1.00000 + 48 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(1)^2], case=2 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 3 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 9 = 1.00000 + 12 = 1.00000 + 19 = 1.00000 + 22 = 1.00000 + 23 = 1.00000 + 24 = 1.00000 + 28 = 1.00000 + 30 = 1.00000 + 36 = 1.00000 + 44 = 1.00000 + 48 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(1)^2], case=3 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 3 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 9 = 1.00000 + 12 = 1.00000 + 19 = 1.00000 + 22 = 1.00000 + 23 = 1.00000 + 24 = 1.00000 + 28 = 1.00000 + 30 = 1.00000 + 36 = 1.00000 + 37 = 1.00000 + 39 = 1.00000 + 41 = 1.00000 + 44 = 1.00000 + 47 = 1.00000 + 48 = 1.00000 + 49 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(2)^2], case=0 + 0 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 30 = 1.00000 + 34 = 1.00000 + 90 = 1.00000 + 94 = 1.00000 + 110 = 1.00000 + 114 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(2)^2], case=1 + 0 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 30 = 1.00000 + 34 = 1.00000 + 62 = 1.00000 + 64 = 1.00000 + 66 = 1.00000 + 82 = 1.00000 + 84 = 1.00000 + 90 = 1.00000 + 94 = 1.00000 + 110 = 1.00000 + 114 = 1.00000 + 138 = 1.00000 + 140 = 1.00000 + 154 = 1.00000 + 156 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(2)^2], case=2 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 3 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 13 = 1.00000 + 19 = 1.00000 + 25 = 1.00000 + 30 = 1.00000 + 34 = 1.00000 + 51 = 1.00000 + 57 = 1.00000 + 62 = 1.00000 + 63 = 1.00000 + 64 = 1.00000 + 66 = 1.00000 + 69 = 1.00000 + 82 = 1.00000 + 84 = 1.00000 + 90 = 1.00000 + 94 = 1.00000 + 110 = 1.00000 + 114 = 1.00000 + 138 = 1.00000 + 140 = 1.00000 + 154 = 1.00000 + 156 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(2)^2], case=3 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 3 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 13 = 1.00000 + 19 = 1.00000 + 25 = 1.00000 + 30 = 1.00000 + 34 = 1.00000 + 51 = 1.00000 + 57 = 1.00000 + 62 = 1.00000 + 63 = 1.00000 + 64 = 1.00000 + 66 = 1.00000 + 69 = 1.00000 + 82 = 1.00000 + 84 = 1.00000 + 90 = 1.00000 + 94 = 1.00000 + 110 = 1.00000 + 111 = 1.00000 + 113 = 1.00000 + 114 = 1.00000 + 119 = 1.00000 + 123 = 1.00000 + 127 = 1.00000 + 138 = 1.00000 + 140 = 1.00000 + 147 = 1.00000 + 151 = 1.00000 + 154 = 1.00000 + 155 = 1.00000 + 156 = 1.00000 + 159 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(3)^2], case=0 + 0 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 9 = 1.00000 + 56 = 1.00000 + 60 = 1.00000 + 61 = 1.00000 + 182 = 1.00000 + 186 = 1.00000 + 187 = 1.00000 + 224 = 1.00000 + 228 = 1.00000 + 229 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(3)^2], case=1 + 0 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 9 = 1.00000 + 56 = 1.00000 + 60 = 1.00000 + 61 = 1.00000 + 122 = 1.00000 + 124 = 1.00000 + 126 = 1.00000 + 127 = 1.00000 + 164 = 1.00000 + 166 = 1.00000 + 167 = 1.00000 + 182 = 1.00000 + 186 = 1.00000 + 187 = 1.00000 + 224 = 1.00000 + 228 = 1.00000 + 229 = 1.00000 + 284 = 1.00000 + 286 = 1.00000 + 287 = 1.00000 + 320 = 1.00000 + 322 = 1.00000 + 323 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(3)^2], case=2 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 3 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 9 = 1.00000 + 18 = 1.00000 + 19 = 1.00000 + 33 = 1.00000 + 42 = 1.00000 + 43 = 1.00000 + 56 = 1.00000 + 60 = 1.00000 + 61 = 1.00000 + 99 = 1.00000 + 108 = 1.00000 + 109 = 1.00000 + 122 = 1.00000 + 123 = 1.00000 + 124 = 1.00000 + 126 = 1.00000 + 127 = 1.00000 + 132 = 1.00000 + 133 = 1.00000 + 164 = 1.00000 + 166 = 1.00000 + 167 = 1.00000 + 182 = 1.00000 + 186 = 1.00000 + 187 = 1.00000 + 224 = 1.00000 + 228 = 1.00000 + 229 = 1.00000 + 284 = 1.00000 + 286 = 1.00000 + 287 = 1.00000 + 320 = 1.00000 + 322 = 1.00000 + 323 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(3)^2], case=3 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 3 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 9 = 1.00000 + 18 = 1.00000 + 19 = 1.00000 + 33 = 1.00000 + 42 = 1.00000 + 43 = 1.00000 + 56 = 1.00000 + 60 = 1.00000 + 61 = 1.00000 + 99 = 1.00000 + 108 = 1.00000 + 109 = 1.00000 + 122 = 1.00000 + 123 = 1.00000 + 124 = 1.00000 + 126 = 1.00000 + 127 = 1.00000 + 132 = 1.00000 + 133 = 1.00000 + 164 = 1.00000 + 166 = 1.00000 + 167 = 1.00000 + 182 = 1.00000 + 186 = 1.00000 + 187 = 1.00000 + 224 = 1.00000 + 225 = 1.00000 + 227 = 1.00000 + 228 = 1.00000 + 229 = 1.00000 + 238 = 1.00000 + 239 = 1.00000 + 249 = 1.00000 + 256 = 1.00000 + 257 = 1.00000 + 284 = 1.00000 + 286 = 1.00000 + 287 = 1.00000 + 303 = 1.00000 + 310 = 1.00000 + 311 = 1.00000 + 320 = 1.00000 + 321 = 1.00000 + 322 = 1.00000 + 323 = 1.00000 + 328 = 1.00000 + 329 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<3>[FE_Q<3>(1)^3], case=0 + 0 = 1.00000 + 6 = 1.00000 + 12 = 1.00000 + 18 = 1.00000 + 36 = 1.00000 + 42 = 1.00000 + 54 = 1.00000 + 60 = 1.00000 + 72 = 1.00000 + 135 = 1.00000 + 141 = 1.00000 + 153 = 1.00000 + 159 = 1.00000 + 171 = 1.00000 + 180 = 1.00000 + 225 = 1.00000 + 231 = 1.00000 + 243 = 1.00000 + 252 = 1.00000 + 258 = 1.00000 + 270 = 1.00000 + 315 = 1.00000 + 324 = 1.00000 + 333 = 1.00000 + 342 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<3>[FE_Q<3>(1)^3], case=1 + 0 = 1.00000 + 6 = 1.00000 + 12 = 1.00000 + 18 = 1.00000 + 36 = 1.00000 + 42 = 1.00000 + 54 = 1.00000 + 60 = 1.00000 + 72 = 1.00000 + 93 = 1.00000 + 96 = 1.00000 + 99 = 1.00000 + 102 = 1.00000 + 111 = 1.00000 + 114 = 1.00000 + 123 = 1.00000 + 126 = 1.00000 + 132 = 1.00000 + 135 = 1.00000 + 141 = 1.00000 + 153 = 1.00000 + 159 = 1.00000 + 171 = 1.00000 + 180 = 1.00000 + 195 = 1.00000 + 198 = 1.00000 + 207 = 1.00000 + 210 = 1.00000 + 216 = 1.00000 + 222 = 1.00000 + 225 = 1.00000 + 231 = 1.00000 + 243 = 1.00000 + 252 = 1.00000 + 258 = 1.00000 + 270 = 1.00000 + 285 = 1.00000 + 288 = 1.00000 + 294 = 1.00000 + 303 = 1.00000 + 306 = 1.00000 + 312 = 1.00000 + 315 = 1.00000 + 324 = 1.00000 + 333 = 1.00000 + 342 = 1.00000 + 354 = 1.00000 + 360 = 1.00000 + 366 = 1.00000 + 372 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<3>[FE_Q<3>(1)^3], case=2 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 4 = 1.00000 + 6 = 1.00000 + 12 = 1.00000 + 13 = 1.00000 + 16 = 1.00000 + 18 = 1.00000 + 25 = 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1.00000 + 5834 = 1.00000 + 5835 = 1.00000 + 5836 = 1.00000 + 5837 = 1.00000 + 5863 = 1.00000 + 5864 = 1.00000 + 5869 = 1.00000 + 5870 = 1.00000 + 5873 = 1.00000 + 5875 = 1.00000 + 5874 = 1.00000 + 5876 = 1.00000 + 5879 = 1.00000 + 5880 = 1.00000 + 5899 = 1.00000 + 5900 = 1.00000 + 5901 = 1.00000 + 5902 = 1.00000 + 5915 = 1.00000 + 5916 = 1.00000 + 5917 = 1.00000 + 5918 = 1.00000 + 6024 = 1.00000 + 6027 = 1.00000 + 6028 = 1.00000 + 6039 = 1.00000 + 6040 = 1.00000 + 6045 = 1.00000 + 6046 = 1.00000 + 6047 = 1.00000 + 6048 = 1.00000 + 6106 = 1.00000 + 6116 = 1.00000 + 6117 = 1.00000 + 6122 = 1.00000 + 6123 = 1.00000 + 6142 = 1.00000 + 6143 = 1.00000 + 6144 = 1.00000 + 6145 = 1.00000 + 6186 = 1.00000 + 6187 = 1.00000 + 6189 = 1.00000 + 6190 = 1.00000 + 6197 = 1.00000 + 6198 = 1.00000 + 6201 = 1.00000 + 6203 = 1.00000 + 6202 = 1.00000 + 6204 = 1.00000 + 6207 = 1.00000 + 6208 = 1.00000 + 6209 = 1.00000 + 6210 = 1.00000 + 6223 = 1.00000 + 6224 = 1.00000 + 6225 = 1.00000 + 6226 = 1.00000 + 6269 = 1.00000 + 6274 = 1.00000 + 6275 = 1.00000 + 6280 = 1.00000 + 6281 = 1.00000 + 6320 = 1.00000 + 6321 = 1.00000 + 6322 = 1.00000 + 6323 = 1.00000 + 6348 = 1.00000 + 6350 = 1.00000 + 6351 = 1.00000 + 6355 = 1.00000 + 6352 = 1.00000 + 6356 = 1.00000 + 6361 = 1.00000 + 6362 = 1.00000 + 6363 = 1.00000 + 6364 = 1.00000 + 6369 = 1.00000 + 6370 = 1.00000 + 6371 = 1.00000 + 6372 = 1.00000 + 6401 = 1.00000 + 6402 = 1.00000 + 6403 = 1.00000 + 6404 = 1.00000 + 6430 = 1.00000 + 6431 = 1.00000 + 6436 = 1.00000 + 6437 = 1.00000 + 6440 = 1.00000 + 6442 = 1.00000 + 6441 = 1.00000 + 6443 = 1.00000 + 6446 = 1.00000 + 6447 = 1.00000 + 6466 = 1.00000 + 6467 = 1.00000 + 6468 = 1.00000 + 6469 = 1.00000 + 6482 = 1.00000 + 6483 = 1.00000 + 6484 = 1.00000 + 6485 = 1.00000 + 6510 = 1.00000 + 6511 = 1.00000 + 6512 = 1.00000 + 6513 = 1.00000 + 6517 = 1.00000 + 6514 = 1.00000 + 6518 = 1.00000 + 6521 = 1.00000 + 6523 = 1.00000 + 6522 = 1.00000 + 6524 = 1.00000 + 6525 = 1.00000 + 6527 = 1.00000 + 6526 = 1.00000 + 6528 = 1.00000 + 6531 = 1.00000 + 6532 = 1.00000 + 6533 = 1.00000 + 6534 = 1.00000 + 6547 = 1.00000 + 6548 = 1.00000 + 6549 = 1.00000 + 6550 = 1.00000 + 6563 = 1.00000 + 6564 = 1.00000 + 6565 = 1.00000 + 6566 = 1.00000 diff --git a/tests/deal.II/tangential_flux_inhom_01.cc b/tests/deal.II/tangential_flux_inhom_01.cc new file mode 100644 index 0000000000..808cd5dee3 --- /dev/null +++ b/tests/deal.II/tangential_flux_inhom_01.cc @@ -0,0 +1,129 @@ +// --------------------------------------------------------------------- +// $Id: normal_flux_01.cc 31349 2013-10-20 19:07:06Z maier $ +// +// Copyright (C) 2007 - 2013 by the deal.II authors +// +// This file is part of the deal.II library. +// +// The deal.II library is free software; you can use it, redistribute +// it, and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General +// Public License as published by the Free Software Foundation; either +// version 2.1 of the License, or (at your option) any later version. +// The full text of the license can be found in the file LICENSE at +// the top level of the deal.II distribution. +// +// --------------------------------------------------------------------- + + + +// check the creation of tangential flux boundary conditions for a finite +// element that consists of only a single set of vector components +// (i.e. it has dim components). Similar as the normal-flux test in +// normal_flux_inhom_01.cc + +#include "../tests.h" +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#include + + +template +void test (const Triangulation &tr, + const FiniteElement &fe) +{ + DoFHandler dof(tr); + dof.distribute_dofs(fe); + + ConstantFunction constant_function(1.,dim); + typename FunctionMap::type function_map; + for (unsigned int j=0; j::faces_per_cell; ++j) + function_map[j] = &constant_function; + + for (unsigned int i=0; i::faces_per_cell; ++i) + { + deallog << "FE=" << fe.get_name() + << ", case=" << i + << std::endl; + + std::set boundary_ids; + for (unsigned int j=0; j<=i; ++j) + boundary_ids.insert (j); + + ConstraintMatrix cm; + VectorTools::compute_nonzero_tangential_flux_constraints + (dof, 0, boundary_ids, function_map, cm); + + cm.print (deallog.get_file_stream ()); + } + //Get the location of all boundary dofs + std::vector face_dofs; + const std::vector > & + unit_support_points = fe.get_unit_face_support_points(); + Quadrature quadrature(unit_support_points); + FEFaceValues fe_face_values(fe, quadrature, update_q_points); + typename DoFHandler::active_cell_iterator + cell = dof.begin_active(), + endc = dof.end(); + for (; cell!=endc; ++cell) + for (unsigned int face_no=0; face_no < GeometryInfo::faces_per_cell; + ++face_no) + if (cell->face(face_no)->at_boundary()) + { + typename DoFHandler::face_iterator face = cell->face(face_no); + face_dofs.resize (fe.dofs_per_face); + face->get_dof_indices (face_dofs); + + fe_face_values.reinit(cell, face_no); + for (unsigned int i=0; i +void test_hyper_cube() +{ + Triangulation tr; + GridGenerator::hyper_cube(tr); + + for (unsigned int i=0; i::faces_per_cell; ++i) + tr.begin_active()->face(i)->set_boundary_indicator (i); + + tr.refine_global(2); + + for (unsigned int degree=1; degree<4; ++degree) + { + FESystem fe (FE_Q(degree), dim); + test(tr, fe); + } +} + + +int main() +{ + std::ofstream logfile ("output"); + deallog << std::setprecision (2); + deallog << std::fixed; + deallog.attach(logfile); + deallog.depth_console (0); + deallog.threshold_double(1.e-12); + + test_hyper_cube<2>(); + test_hyper_cube<3>(); +} diff --git a/tests/deal.II/tangential_flux_inhom_01.output b/tests/deal.II/tangential_flux_inhom_01.output new file mode 100644 index 0000000000..368ee28bca --- /dev/null +++ b/tests/deal.II/tangential_flux_inhom_01.output @@ -0,0 +1,11149 @@ + +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(1)^2], case=0 + 1 = 1.00000 + 5 = 1.00000 + 13 = 1.00000 + 31 = 1.00000 + 37 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(1)^2], case=1 + 1 = 1.00000 + 5 = 1.00000 + 13 = 1.00000 + 23 = 1.00000 + 25 = 1.00000 + 29 = 1.00000 + 31 = 1.00000 + 37 = 1.00000 + 45 = 1.00000 + 49 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(1)^2], case=2 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 2 = 1.00000 + 5 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 13 = 1.00000 + 18 = 1.00000 + 22 = 1.00000 + 23 = 1.00000 + 25 = 1.00000 + 29 = 1.00000 + 31 = 1.00000 + 37 = 1.00000 + 45 = 1.00000 + 49 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(1)^2], case=3 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 2 = 1.00000 + 5 = 1.00000 + 8 = 1.00000 + 13 = 1.00000 + 18 = 1.00000 + 22 = 1.00000 + 23 = 1.00000 + 25 = 1.00000 + 29 = 1.00000 + 31 = 1.00000 + 36 = 1.00000 + 37 = 1.00000 + 38 = 1.00000 + 40 = 1.00000 + 45 = 1.00000 + 46 = 1.00000 + 48 = 1.00000 + 49 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(2)^2], case=0 + 1 = 1.00000 + 5 = 1.00000 + 9 = 1.00000 + 31 = 1.00000 + 35 = 1.00000 + 91 = 1.00000 + 95 = 1.00000 + 111 = 1.00000 + 115 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(2)^2], case=1 + 1 = 1.00000 + 5 = 1.00000 + 9 = 1.00000 + 31 = 1.00000 + 35 = 1.00000 + 63 = 1.00000 + 65 = 1.00000 + 67 = 1.00000 + 83 = 1.00000 + 85 = 1.00000 + 91 = 1.00000 + 95 = 1.00000 + 111 = 1.00000 + 115 = 1.00000 + 139 = 1.00000 + 141 = 1.00000 + 155 = 1.00000 + 157 = 1.00000 +DEAL::FE=FESystem<2>[FE_Q<2>(2)^2], case=2 + 0 = 1.00000 + 1 = 1.00000 + 2 = 1.00000 + 5 = 1.00000 + 9 = 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