xref: /libCEED/examples/solids/qfunctions/manufactured-force.h (revision 5aed82e4fa97acf4ba24a7f10a35f5303a6798e0)
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3 //
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5 //
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7 
8 /// @file
9 /// Linear elasticity manufactured solution forcing term for solid mechanics example using PETSc
10 
11 #ifndef MANUFACTURED_H
12 #define MANUFACTURED_H
13 
14 #include <ceed.h>
15 #include <math.h>
16 
17 #ifndef PHYSICS_STRUCT
18 #define PHYSICS_STRUCT
19 typedef struct Physics_private *Physics;
20 struct Physics_private {
21   CeedScalar nu;  // Poisson's ratio
22   CeedScalar E;   // Young's Modulus
23 };
24 #endif
25 
26 // -----------------------------------------------------------------------------
27 // Forcing term for linear elasticity manufactured solution
28 // -----------------------------------------------------------------------------
29 CEED_QFUNCTION(SetupMMSForce)(void *ctx, const CeedInt Q, const CeedScalar *const *in, CeedScalar *const *out) {
30   // Inputs
31   const CeedScalar *coords = in[0], *q_data = in[1];
32 
33   // Outputs
34   CeedScalar *force = out[0];
35 
36   // Context
37   const Physics    context = (Physics)ctx;
38   const CeedScalar E       = context->E;
39   const CeedScalar nu      = context->nu;
40 
41   // Quadrature Point Loop
42   CeedPragmaSIMD for (CeedInt i = 0; i < Q; i++) {
43     // Setup
44     CeedScalar x = coords[i + 0 * Q], y = coords[i + 1 * Q], z = coords[i + 2 * Q];
45     CeedScalar wdetJ = q_data[i];
46 
47     // Forcing function
48     // -- Component 1
49     force[i + 0 * Q] = (-(E * (cos(x * 2.0) * cos(y * 3.0) * exp(z * 4.0) * 4.0 - cos(z * 4.0) * sin(y * 3.0) * exp(x * 2.0) * 8.0) * (nu - 0.5)) /
50                             ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) +
51                         (E * (cos(z * 4.0) * sin(y * 3.0) * exp(x * 2.0) * (4.5) + sin(x * 2.0) * sin(z * 4.0) * exp(y * 3.0) * 3.0) * (nu - 0.5)) /
52                             ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) +
53                         (E * nu * cos(x * 2.0) * cos(y * 3.0) * exp(z * 4.0) * 8.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) -
54                         (E * nu * sin(x * 2.0) * sin(z * 4.0) * exp(y * 3.0) * 6.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) -
55                         (E * cos(z * 4.0) * sin(y * 3.0) * exp(x * 2.0) * (nu - 1.0) * 4.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0))) *
56                        wdetJ / 1e8;
57 
58     // -- Component 2
59     force[i + 1 * Q] = (-(E * (cos(y * 3.0) * cos(z * 4.0) * exp(x * 2.0) * 3.0 - cos(x * 2.0) * sin(z * 4.0) * exp(y * 3.0) * 2.0) * (nu - 0.5)) /
60                             ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) +
61                         (E * (cos(x * 2.0) * sin(z * 4.0) * exp(y * 3.0) * 8.0 + sin(x * 2.0) * sin(y * 3.0) * exp(z * 4.0) * 6.0) * (nu - 0.5)) /
62                             ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) +
63                         (E * nu * cos(y * 3.0) * cos(z * 4.0) * exp(x * 2.0) * 6.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) -
64                         (E * nu * sin(x * 2.0) * sin(y * 3.0) * exp(z * 4.0) * 12.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) -
65                         (E * cos(x * 2.0) * sin(z * 4.0) * exp(y * 3.0) * (nu - 1.0) * 9.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0))) *
66                        wdetJ / 1e8;
67 
68     // -- Component 3
69     force[i + 2 * Q] = (-(E * (cos(x * 2.0) * cos(z * 4.0) * exp(y * 3.0) * 6.0 - cos(y * 3.0) * sin(x * 2.0) * exp(z * 4.0) * (4.5)) * (nu - 0.5)) /
70                             ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) +
71                         (E * (cos(y * 3.0) * sin(x * 2.0) * exp(z * 4.0) * 2.0 + sin(y * 3.0) * sin(z * 4.0) * exp(x * 2.0) * 4.0) * (nu - 0.5)) /
72                             ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) +
73                         (E * nu * cos(x * 2.0) * cos(z * 4.0) * exp(y * 3.0) * 12.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) -
74                         (E * nu * sin(y * 3.0) * sin(z * 4.0) * exp(x * 2.0) * 8.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0)) -
75                         (E * cos(y * 3.0) * sin(x * 2.0) * exp(z * 4.0) * (nu - 1.0) * 16.0) / ((nu * 2.0 - 1.0) * (nu + 1.0))) *
76                        wdetJ / 1e8;
77 
78   }  // End of Quadrature Point Loop
79 
80   return 0;
81 }
82 // -----------------------------------------------------------------------------
83 
84 #endif  // End MANUFACTURED_H
85