CoreFlows/Models/src/LinearElasticityModel.cxx

   1 #include "LinearElasticityModel.hxx"
   2 #include "SparseMatrixPetsc.hxx"
   3 #include "Node.hxx"
   4 #include "math.h"
   5 #include <algorithm>
   6 #include <fstream>
   7 #include <sstream>
   8
   9 using namespace std;
  10
  11 int LinearElasticityModel::fact(int n)
  12 {
  13   return (n == 1 || n == 0) ? 1 : fact(n - 1) * n;
  14 }
  15 int LinearElasticityModel::unknownNodeIndex(int globalIndex, std::vector< int > dirichletNodes)
  16 {//assumes Dirichlet node numbering is strictly increasing
  17     int j=0;//indice de parcours des noeuds frontière avec CL Dirichlet
  18     int boundarySize=dirichletNodes.size();
  19     while(j<boundarySize and dirichletNodes[j]<globalIndex)
  20         j++;
  21     if(j==boundarySize)
  22         return globalIndex-boundarySize;
  23     else if (dirichletNodes[j]>globalIndex)
  24         return globalIndex-j;
  25     else
  26         throw CdmathException("LinearElasticityModel::unknownNodeIndex : Error : node is a Dirichlet boundary node");
  27 }
  28
  29 int LinearElasticityModel::globalNodeIndex(int unknownNodeIndex, std::vector< int > dirichletNodes)
  30 {//assumes Dirichlet boundary node numbering is strictly increasing
  31     int boundarySize=dirichletNodes.size();
  32     /* trivial case where all boundary nodes are Neumann BC */
  33     if(boundarySize==0)
  34         return unknownNodeIndex;
  35
  36     double unknownNodeMax=-1;//max unknown node number in the interval between jth and (j+1)th Dirichlet boundary nodes
  37     int j=0;//indice de parcours des noeuds frontière
  38     //On cherche l'intervale [j,j+1] qui contient le noeud de numéro interieur unknownNodeIndex
  39     while(j+1<boundarySize and unknownNodeMax<unknownNodeIndex)
  40     {
  41         unknownNodeMax += dirichletNodes[j+1]-dirichletNodes[j]-1;
  42         j++;
  43     }
  44
  45     if(j+1==boundarySize)
  46         return unknownNodeIndex+boundarySize;
  47     else //unknownNodeMax>=unknownNodeIndex) hence our node global number is between dirichletNodes[j-1] and dirichletNodes[j]
  48         return unknownNodeIndex - unknownNodeMax + dirichletNodes[j]-1;
  49 }
  50
  51 LinearElasticityModel::LinearElasticityModel(int dim, bool FECalculation,  double rho, double lambda, double mu){
  52         PetscBool petscInitialized;
  53         PetscInitialized(&petscInitialized);
  54         if(!petscInitialized)
  55                 PetscInitialize(NULL,NULL,0,0);
  56
  57     if(lambda < 0.)
  58     {
  59         std::cout<<"First Lamé coefficient="<<lambda<<endl;
  60         throw CdmathException("Error : First Lamé coefficient lambda cannot  be negative");
  61     }
  62     if(2*mu+dim*lambda < 0.)
  63     {
  64         std::cout<<"First Lamé coefficient="<<lambda<<", second Lamé coefficient="<<mu<<", 2*mu+dim*lambda= "<<2*mu+dim*lambda<<endl;
  65         throw CdmathException("Error : 2*mu+dim*lambda cannot  be negative");
  66     }
  67     if(dim<=0)
  68     {
  69         std::cout<<"space dimension="<<dim<<endl;
  70         throw CdmathException("Error : parameter dim cannot  be negative");
  71     }
  72
  73     _FECalculation=FECalculation;
  74     _onlyNeumannBC=false;
  75
  76         _Ndim=dim;
  77         _nVar=dim;
  78         _initializedMemory=false;
  79
  80     //Mesh data
  81     _neibMaxNbCells=0;
  82     _meshSet=false;
  83     _neibMaxNbNodes=0;
  84
  85     //Boundary conditions
  86     _boundaryNodeIds=std::vector< int >(0);
  87     _dirichletNodeIds=std::vector< int >(0);
  88     _NboundaryNodes=0;
  89     _NdirichletNodes=0;
  90     _NunknownNodes=0;
  91     _dirichletValuesSet=false;
  92     _neumannValuesSet=false;
  93
  94     //Linear solver data
  95         _precision=1.e-6;
  96         _precision_Newton=_precision;
  97         _MaxIterLinearSolver=0;//During several newton iterations, stores the max petssc interations
  98         _maxPetscIts=50;
  99         int _PetscIts=0;//the number of iterations of the linear solver
 100         _ksptype = (char*)&KSPGMRES;
 101         _pctype = (char*)&PCLU;
 102         _conditionNumber=false;
 103         _erreur_rel= 0;
 104
 105     //parameters for monitoring simulation
 106         _verbose = false;
 107         _system = false;
 108         _runLogFile=new ofstream;
 109
 110         //result save parameters
 111         _fileName = "LinearElasticityProblem";
 112         char result[ PATH_MAX ];//extracting current directory
 113         getcwd(result, PATH_MAX );
 114         _path=string( result );
 115         _saveFormat=VTK;
 116     _computationCompletedSuccessfully=false;
 117
 118     //heat transfer parameters
 119         _lambda= lambda;
 120         _mu    = mu;
 121         _rho   = rho;
 122         _densityFieldSet=false;
 123 }
 124
 125 void LinearElasticityModel::initialize()
 126 {
 127         _runLogFile->open((_fileName+".log").c_str(), ios::out | ios::trunc);;//for creation of a log file to save the history of the simulation
 128
 129         if(!_meshSet)
 130                 throw CdmathException("LinearElasticityModel::initialize() set mesh first");
 131         else
 132     {
 133                 cout<<"!!!! Initialisation of the computation of the elastic deformation of a solid using ";
 134         *_runLogFile<<"!!!!! Initialisation of the computation of the elastic deformation of a solid using ";
 135         if(!_FECalculation)
 136         {
 137             cout<< "Finite volumes method"<<endl<<endl;
 138             *_runLogFile<< "Finite volumes method"<<endl<<endl;
 139         }
 140         else
 141         {
 142             cout<< "Finite elements method"<<endl<<endl;
 143             *_runLogFile<< "Finite elements method"<<endl<<endl;
 144         }
 145     }
 146         /**************** Field creation *********************/
 147
 148         if(!_densityFieldSet){
 149         if(_FECalculation){
 150             _densityField=Field("Density",NODES,_mesh,1);
 151             for(int i =0; i<_Nnodes; i++)
 152                 _densityField(i) = _rho;
 153         }
 154         else{
 155             _densityField=Field("Density",CELLS,_mesh,1);
 156             for(int i =0; i<_Nmailles; i++)
 157                 _densityField(i) = _rho;
 158         }
 159         _densityFieldSet=true;
 160     }
 161
 162     /* Détection des noeuds frontière avec une condition limite de Dirichlet */
 163     if(_FECalculation)
 164     {
 165         if(_NboundaryNodes==_Nnodes)
 166             cout<<"!!!!! Warning : all nodes are boundary nodes !!!!!"<<endl<<endl;
 167
 168         for(int i=0; i<_NboundaryNodes; i++)
 169         {
 170             std::map<int,double>::iterator it=_dirichletBoundaryValues.find(_boundaryNodeIds[i]);
 171             if( it != _dirichletBoundaryValues.end() )
 172                 _dirichletNodeIds.push_back(_boundaryNodeIds[i]);
 173             else if( _mesh.getNode(_boundaryNodeIds[i]).getGroupNames().size()==0 )
 174             {
 175                 cout<<"!!! No boundary value set for boundary node" << _boundaryNodeIds[i]<< endl;
 176                 *_runLogFile<< "!!! No boundary value set for boundary node" << _boundaryNodeIds[i]<<endl;
 177                 _runLogFile->close();
 178                 throw CdmathException("Missing boundary value");
 179             }
 180             else if(_limitField[_mesh.getNode(_boundaryNodeIds[i]).getGroupName()].bcType==NoneBCLinearElasticity)
 181             {
 182                 cout<<"!!! No boundary condition set for boundary node " << _boundaryNodeIds[i]<< endl;
 183                 *_runLogFile<< "!!!No boundary condition set for boundary node " << _boundaryNodeIds[i]<<endl;
 184                 _runLogFile->close();
 185                 throw CdmathException("Missing boundary condition");
 186             }
 187             else if(_limitField[_mesh.getNode(_boundaryNodeIds[i]).getGroupName()].bcType==DirichletLinearElasticity)
 188                 _dirichletNodeIds.push_back(_boundaryNodeIds[i]);
 189             else if(_limitField[_mesh.getNode(_boundaryNodeIds[i]).getGroupName()].bcType!=NeumannLinearElasticity)
 190             {
 191                 cout<<"!!! Wrong boundary condition "<< _limitField[_mesh.getNode(_boundaryNodeIds[i]).getGroupName()].bcType<< " set for boundary node " << _boundaryNodeIds[i]<< endl;
 192                 cout<<"!!! Accepted boundary conditions are Dirichlet "<< DirichletLinearElasticity <<" and Neumann "<< NeumannLinearElasticity << endl;
 193                 *_runLogFile<< "Wrong boundary condition "<< _limitField[_mesh.getNode(_boundaryNodeIds[i]).getGroupName()].bcType<< " set for boundary node " << _boundaryNodeIds[i]<<endl;
 194                 *_runLogFile<< "Accepted boundary conditions are Dirichlet "<< DirichletLinearElasticity <<" and Neumann "<< NeumannLinearElasticity <<endl;
 195                 _runLogFile->close();
 196                 throw CdmathException("Wrong boundary condition");
 197             }
 198         }
 199         _NdirichletNodes=_dirichletNodeIds.size();
 200         _NunknownNodes=_Nnodes - _NdirichletNodes;
 201         cout<<"Number of unknown nodes " << _NunknownNodes <<", Number of boundary nodes " << _NboundaryNodes<< ", Number of Dirichlet boundary nodes " << _NdirichletNodes <<endl<<endl;
 202                 *_runLogFile<<"Number of unknown nodes " << _NunknownNodes <<", Number of boundary nodes " << _NboundaryNodes<< ", Number of Dirichlet boundary nodes " << _NdirichletNodes <<endl<<endl;
 203     }
 204
 205         //creation de la matrice
 206     if(!_FECalculation)
 207         MatCreateSeqAIJ(PETSC_COMM_SELF, _Nmailles*_nVar, _Nmailles*_nVar, (1+_neibMaxNbCells), PETSC_NULL, &_A);
 208     else
 209         MatCreateSeqAIJ(PETSC_COMM_SELF, _NunknownNodes*_nVar, _NunknownNodes*_nVar, (1+_neibMaxNbNodes), PETSC_NULL, &_A);
 210
 211         VecCreate(PETSC_COMM_SELF, &_displacements);
 212
 213         VecDuplicate(_displacements, &_b);//RHS of the linear system
 214
 215         //Linear solver
 216         KSPCreate(PETSC_COMM_SELF, &_ksp);
 217         KSPSetType(_ksp, _ksptype);
 218         // if(_ksptype == KSPGMRES) KSPGMRESSetRestart(_ksp,10000);
 219         KSPSetTolerances(_ksp,_precision,_precision,PETSC_DEFAULT,_maxPetscIts);
 220         KSPGetPC(_ksp, &_pc);
 221         PCSetType(_pc, _pctype);
 222
 223     //Checking whether all boundary conditions are Neumann boundary condition
 224     if(!_neumannValuesSet)//Boundary conditions set via LimitField structure
 225     {
 226         map<string, LimitFieldLinearElasticity>::iterator it = _limitField.begin();
 227         while(it != _limitField.end() and (it->second).bcType == NeumannLinearElasticity)
 228             it++;
 229         _onlyNeumannBC = (it == _limitField.end() && _limitField.size()>0);//what if _limitField.size()==0 ???
 230     }
 231     else
 232         if(_FECalculation)
 233             _onlyNeumannBC = _neumannBoundaryValues.size()==_NboundaryNodes;
 234         else
 235             _onlyNeumannBC = _neumannBoundaryValues.size()==_mesh.getBoundaryFaceIds().size();
 236
 237     //If only Neumann BC, then matrix is singular and solution should be sought in space of mean zero vectors
 238     if(_onlyNeumannBC)
 239     {
 240         std::cout<<"## Warning all boundary conditions are Neumann. System matrix is not invertible since constant vectors are in the kernel."<<std::endl;
 241         std::cout<<"## As a consequence we seek a zero sum solution, and exact (LU and CHOLESKY) and incomplete factorisations (ILU and ICC) may fail."<<std::endl<<endl;
 242         *_runLogFile<<"## Warning all boundary condition are Neumann. System matrix is not invertible since constant vectors are in the kernel."<<std::endl;
 243         *_runLogFile<<"## As a consequence we seek a zero sum solution, and exact (LU and CHOLESKY) and incomplete factorisations (ILU and ICC) may fail."<<std::endl<<endl;
 244
 245                 //Check that the matrix is symmetric
 246                 PetscBool isSymetric;
 247                 MatIsSymmetric(_A,_precision,&isSymetric);
 248                 if(!isSymetric)
 249                         {
 250                                 cout<<"Singular matrix is not symmetric, tolerance= "<< _precision<<endl;
 251                                 throw CdmathException("Singular matrix should be symmetric with kernel composed of constant vectors");
 252                         }
 253                 MatNullSpace nullsp;
 254                 MatNullSpaceCreate(PETSC_COMM_WORLD, PETSC_TRUE, 0, PETSC_NULL, &nullsp);
 255                 MatSetNullSpace(_A, nullsp);
 256                 MatSetTransposeNullSpace(_A, nullsp);
 257                 MatNullSpaceDestroy(&nullsp);
 258                 //PCFactorSetShiftType(_pc,MAT_SHIFT_NONZERO);
 259                 //PCFactorSetShiftAmount(_pc,1e-10);
 260     }
 261
 262         _initializedMemory=true;
 263
 264 }
 265
 266 Vector LinearElasticityModel::gradientNodal(Matrix M, vector< double > values){
 267     vector< Matrix > matrices(_Ndim);
 268
 269     for (int idim=0; idim<_Ndim;idim++){
 270         matrices[idim]=M.deepCopy();
 271         for (int jdim=0; jdim<_Ndim+1;jdim++)
 272                         matrices[idim](jdim,idim) = values[jdim] ;
 273     }
 274
 275         Vector result(_Ndim);
 276     for (int idim=0; idim<_Ndim;idim++)
 277         result[idim] = matrices[idim].determinant();
 278
 279         return result;
 280 }
 281
 282 double LinearElasticityModel::computeStiffnessMatrix(bool & stop)
 283 {
 284     double result;
 285
 286     if(_FECalculation)
 287         result=computeStiffnessMatrixFE(stop);
 288     else
 289         result=computeStiffnessMatrixFV(stop);
 290
 291     if(_verbose or _system)
 292         MatView(_A,PETSC_VIEWER_STDOUT_SELF);
 293
 294     return  result;
 295 }
 296
 297 double LinearElasticityModel::computeStiffnessMatrixFE(bool & stop){
 298         Cell Cj;
 299         string nameOfGroup;
 300         double dn, coeff;
 301         MatZeroEntries(_A);
 302         VecZeroEntries(_b);
 303
 304     Matrix M(_Ndim+1,_Ndim+1);//cell geometry matrix
 305     std::vector< Vector > GradShapeFuncs(_Ndim+1);//shape functions of cell nodes
 306     std::vector< int > nodeIds(_Ndim+1);//cell node Ids
 307     std::vector< Node > nodes(_Ndim+1);//cell nodes
 308     int i_int, j_int; //index of nodes j and k considered as unknown nodes
 309     bool dirichletCell_treated;
 310
 311     std::vector< vector< double > > values(_Ndim+1,vector< double >(_Ndim+1,0));//values of shape functions on cell node
 312     for (int idim=0; idim<_Ndim+1;idim++)
 313         values[idim][idim]=1;
 314
 315     /* parameters for boundary treatment */
 316     vector< Vector > valuesBorder(_Ndim+1);
 317     Vector GradShapeFuncBorder(_Ndim+1);
 318
 319         for (int j=0; j<_Nmailles;j++)
 320     {
 321                 Cj = _mesh.getCell(j);
 322
 323         for (int idim=0; idim<_Ndim+1;idim++){
 324             nodeIds[idim]=Cj.getNodeId(idim);
 325             nodes[idim]=_mesh.getNode(nodeIds[idim]);
 326             for (int jdim=0; jdim<_Ndim;jdim++)
 327                 M(idim,jdim)=nodes[idim].getPoint()[jdim];
 328             M(idim,_Ndim)=1;
 329         }
 330         for (int idim=0; idim<_Ndim+1;idim++)
 331             GradShapeFuncs[idim]=gradientNodal(M,values[idim])/fact(_Ndim);
 332
 333         /* Loop on the edges of the cell */
 334         for (int idim=0; idim<_Ndim+1;idim++)
 335         {
 336             if(find(_dirichletNodeIds.begin(),_dirichletNodeIds.end(),nodeIds[idim])==_dirichletNodeIds.end())//!_mesh.isBorderNode(nodeIds[idim])
 337             {//First node of the edge is not Dirichlet node
 338                 i_int=unknownNodeIndex(nodeIds[idim], _dirichletNodeIds);//assumes Dirichlet boundary node numbering is strictly increasing
 339                 dirichletCell_treated=false;
 340                 for (int jdim=0; jdim<_Ndim+1;jdim++)
 341                 {
 342                     if(find(_dirichletNodeIds.begin(),_dirichletNodeIds.end(),nodeIds[jdim])==_dirichletNodeIds.end())//!_mesh.isBorderNode(nodeIds[jdim])
 343                     {//Second node of the edge is not Dirichlet node
 344                         j_int= unknownNodeIndex(nodeIds[jdim], _dirichletNodeIds);//assumes Dirichlet boundary node numbering is strictly increasing
 345                         MatSetValue(_A,i_int,j_int,_conductivity*(_DiffusionTensor*GradShapeFuncs[idim])*GradShapeFuncs[jdim]/Cj.getMeasure(), ADD_VALUES);
 346                     }
 347                     else if (!dirichletCell_treated)
 348                     {//Second node of the edge is a Dirichlet node
 349                         dirichletCell_treated=true;
 350                         for (int kdim=0; kdim<_Ndim+1;kdim++)
 351                         {
 352                                                         std::map<int,double>::iterator it=_dirichletBoundaryValues.find(nodeIds[kdim]);
 353                                                         if( it != _dirichletBoundaryValues.end() )
 354                             {
 355                                 if( _dirichletValuesSet )//New way of storing BC
 356                                     valuesBorder[kdim]=_dirichletBoundaryValues[it->second];
 357                                 else    //old way of storing BC
 358                                     valuesBorder[kdim]=_limitField[_mesh.getNode(nodeIds[kdim]).getGroupName()].displacement;
 359                             }
 360                             else
 361                                 valuesBorder[kdim]=Vector(_Ndim);
 362                         }
 363                         GradShapeFuncBorder=gradientNodal(M,valuesBorder)/fact(_Ndim);
 364                         double coeff =-_conductivity*(_DiffusionTensor*GradShapeFuncBorder)*GradShapeFuncs[idim]/Cj.getMeasure();
 365                         VecSetValue(_b,i_int,coeff, ADD_VALUES);
 366                     }
 367                 }
 368             }
 369         }
 370         }
 371
 372     //Calcul de la contribution de la condition limite de Neumann au second membre
 373     if( _NdirichletNodes !=_NboundaryNodes)
 374     {
 375         vector< int > boundaryFaces = _mesh.getBoundaryFaceIds();
 376         int NboundaryFaces=boundaryFaces.size();
 377         for(int i = 0; i< NboundaryFaces ; i++)//On parcourt les faces du bord
 378         {
 379             Face Fi = _mesh.getFace(i);
 380             for(int j = 0 ; j<_Ndim ; j++)//On parcourt les noeuds de la face
 381             {
 382                 if(find(_dirichletNodeIds.begin(),_dirichletNodeIds.end(),Fi.getNodeId(j))==_dirichletNodeIds.end())//node j is an Neumann BC node (not a Dirichlet BC node)
 383                 {
 384                     j_int=unknownNodeIndex(Fi.getNodeId(j), _dirichletNodeIds);//indice du noeud j en tant que noeud inconnu
 385                     if( _neumannValuesSet )
 386                         coeff =Fi.getMeasure()/(_Ndim+1)*_neumannBoundaryValues[Fi.getNodeId(j)];
 387                     else
 388                         coeff =Fi.getMeasure()/(_Ndim+1)*_limitField[_mesh.getNode(Fi.getNodeId(j)).getGroupName()].normalForce;
 389                     VecSetValue(_b, j_int, coeff, ADD_VALUES);
 390                 }
 391             }
 392         }
 393     }
 394
 395     MatAssemblyBegin(_A, MAT_FINAL_ASSEMBLY);
 396         MatAssemblyEnd(_A, MAT_FINAL_ASSEMBLY);
 397         VecAssemblyBegin(_b);
 398         VecAssemblyEnd(_b);
 399
 400     stop=false ;
 401
 402         return INFINITY;
 403 }
 404
 405 double LinearElasticityModel::computeStiffnessMatrixFV(bool & stop){
 406         long nbFaces = _mesh.getNumberOfFaces();
 407         Face Fj;
 408         Cell Cell1,Cell2;
 409         string nameOfGroup;
 410         double inv_dxi, inv_dxj;
 411         double barycenterDistance,coeff;
 412         Vector normale(_Ndim);
 413         double dn;
 414         PetscInt idm, idn;
 415         std::vector< int > idCells;
 416         MatZeroEntries(_A);
 417         VecZeroEntries(_b);
 418
 419         for (int j=0; j<nbFaces;j++){
 420                 Fj = _mesh.getFace(j);
 421
 422                 // compute the normal vector corresponding to face j : from idCells[0] to idCells[1]
 423                 idCells = Fj.getCellsId();
 424                 Cell1 = _mesh.getCell(idCells[0]);
 425                 idm = idCells[0];
 426         for(int l=0; l<Cell1.getNumberOfFaces(); l++){
 427             if (j == Cell1.getFacesId()[l]){
 428                 for (int idim = 0; idim < _Ndim; ++idim)
 429                     normale[idim] = Cell1.getNormalVector(l,idim);
 430                 break;
 431             }
 432         }
 433
 434                 //Compute velocity at the face Fj
 435                 dn=_conductivity*(_DiffusionTensor*normale)*normale;
 436
 437                 // compute 1/dxi = volume of Ci/area of Fj
 438         inv_dxi = Fj.getMeasure()/Cell1.getMeasure();
 439
 440                 // If Fj is on the boundary
 441                 if (Fj.getNumberOfCells()==1) {
 442                         if(_verbose )
 443                         {
 444                                 cout << "face numero " << j << " cellule frontiere " << idCells[0] << " ; vecteur normal=(";
 445                                 for(int p=0; p<_Ndim; p++)
 446                                         cout << normale[p] << ",";
 447                                 cout << ") "<<endl;
 448                         }
 449
 450             std::map<int,double>::iterator it=_dirichletBoundaryValues.find(j);
 451             if( it != _dirichletBoundaryValues.end() )
 452             {
 453                 barycenterDistance=Cell1.getBarryCenter().distance(Fj.getBarryCenter());
 454                 MatSetValue(_A,idm,idm,dn*inv_dxi/barycenterDistance                                     , ADD_VALUES);
 455                 VecSetValue(_b,idm,    dn*inv_dxi/barycenterDistance*it->second, ADD_VALUES);
 456             }
 457             else
 458             {
 459                 nameOfGroup = Fj.getGroupName();
 460
 461                 if (_limitField[nameOfGroup].bcType==NeumannLinearElasticity){
 462                     if( _neumannValuesSet )
 463                         coeff =Fi.getMeasure()*_neumannBoundaryValues[j];
 464                     else
 465                         coeff =Fi.getMeasure()*_limitField[nameOfGroup].normalForce;
 466                     VecSetValue(_b,idm,    coeff, ADD_VALUES);
 467                 }
 468                 else if(_limitField[nameOfGroup].bcType==DirichletLinearElasticity){
 469                     barycenterDistance=Cell1.getBarryCenter().distance(Fj.getBarryCenter());
 470                     MatSetValue(_A,idm,idm,dn*inv_dxi/barycenterDistance                           , ADD_VALUES);
 471                     VecSetValue(_b,idm,    dn*inv_dxi/barycenterDistance*_limitField[nameOfGroup].displacement, ADD_VALUES);
 472                 }
 473                 else {
 474                     stop=true ;
 475                     cout<<"!!!!!!!!!!!!!!! Error LinearElasticityModel::computeStiffnessMatrixFV !!!!!!!!!!"<<endl;
 476                     cout<<"!!!!!! Boundary condition not accepted for boundary named !!!!!!!!!!"<<nameOfGroup<< ", _limitField[nameOfGroup].bcType= "<<_limitField[nameOfGroup].bcType<<endl;
 477                     cout<<"Accepted boundary conditions are Neumann "<<NeumannLinearElasticity<< " and Dirichlet "<<DirichletLinearElasticity<<endl;
 478                     *_runLogFile<<"!!!!!! Boundary condition not accepted for boundary named !!!!!!!!!!"<<nameOfGroup<< ", _limitField[nameOfGroup].bcType= "<<_limitField[nameOfGroup].bcType<<endl;
 479                     _runLogFile->close();
 480                     throw CdmathException("Boundary condition not accepted");
 481                 }
 482             }
 483                         // if Fj is inside the domain
 484                 } else  if (Fj.getNumberOfCells()==2 ){
 485                         if(_verbose )
 486                         {
 487                                 cout << "face numero " << j << " cellule gauche " << idCells[0] << " cellule droite " << idCells[1];
 488                                 cout << " ; vecteur normal=(";
 489                                 for(int p=0; p<_Ndim; p++)
 490                                         cout << normale[p] << ",";
 491                                 cout << ") "<<endl;
 492                         }
 493                         Cell2 = _mesh.getCell(idCells[1]);
 494                         idn = idCells[1];
 495                         if (_Ndim > 1)
 496                                 inv_dxj = Fj.getMeasure()/Cell2.getMeasure();
 497                         else
 498                                 inv_dxj = 1/Cell2.getMeasure();
 499
 500                         barycenterDistance=Cell1.getBarryCenter().distance(Cell2.getBarryCenter());
 501
 502                         MatSetValue(_A,idm,idm, dn*inv_dxi/barycenterDistance, ADD_VALUES);
 503                         MatSetValue(_A,idm,idn,-dn*inv_dxi/barycenterDistance, ADD_VALUES);
 504                         MatSetValue(_A,idn,idn, dn*inv_dxj/barycenterDistance, ADD_VALUES);
 505                         MatSetValue(_A,idn,idm,-dn*inv_dxj/barycenterDistance, ADD_VALUES);
 506                 }
 507                 else
 508         {
 509             *_runLogFile<<"LinearElasticityModel::computeStiffnessMatrixFV(): incompatible number of cells around a face"<<endl;
 510                         throw CdmathException("LinearElasticityModel::computeStiffnessMatrixFV(): incompatible number of cells around a face");
 511         }
 512         }
 513
 514         MatAssemblyBegin(_A, MAT_FINAL_ASSEMBLY);
 515         MatAssemblyEnd(_A, MAT_FINAL_ASSEMBLY);
 516         VecAssemblyBegin(_b);
 517         VecAssemblyEnd(_b);
 518
 519     stop=false ;
 520
 521     return INFINITY;
 522 }
 523
 524 double LinearElasticityModel::computeRHS(bool & stop)//Contribution of the PDE RHS to the linear systemm RHS (boundary conditions do contribute to the system RHS via the function computeStiffnessMatrix)
 525 {
 526         VecAssemblyBegin(_b);
 527
 528     if(!_FECalculation)
 529         for (int i=0; i<_Nmailles;i++)
 530                         for (int j=0; j<_Ndim;j++)
 531                                 VecSetValue(_b,i*nVar+j,_gravity(j)*_densityField(i),ADD_VALUES);
 532     else
 533         {
 534             Cell Ci;
 535             std::vector< int > nodesId;
 536             for (int i=0; i<_Nmailles;i++)
 537             {
 538                 Ci=_mesh.getCell(i);
 539                 nodesId=Ci.getNodesId();
 540                 for (int j=0; j<nodesId.size();j++)
 541                     if(!_mesh.isBorderNode(nodesId[j]))
 542                                                 for (int k=0; k<_Ndim; k++)
 543                                                         VecSetValue(_b,unknownNodeIndex(nodesId[j], _dirichletNodeIds)*nVar+k, _gravity(k)*_densityField(j)*Ci.getMeasure()/(_Ndim+1),ADD_VALUES);
 544             }
 545         }
 546
 547         VecAssemblyEnd(_b);
 548
 549     if(_verbose or _system)
 550         VecView(_b,PETSC_VIEWER_STDOUT_SELF);
 551
 552     stop=false ;
 553         return INFINITY;
 554 }
 555
 556 bool LinearElasticityModel::solveLinearSystem()
 557 {
 558         bool resolutionOK;
 559
 560     //Only implicit scheme considered
 561     MatAssemblyBegin(_A, MAT_FINAL_ASSEMBLY);
 562     MatAssemblyEnd(  _A, MAT_FINAL_ASSEMBLY);
 563
 564 #if PETSC_VERSION_GREATER_3_5
 565     KSPSetOperators(_ksp, _A, _A);
 566 #else
 567     KSPSetOperators(_ksp, _A, _A,SAME_NONZERO_PATTERN);
 568 #endif
 569
 570     if(_conditionNumber)
 571         KSPSetComputeEigenvalues(_ksp,PETSC_TRUE);
 572     KSPSolve(_ksp, _b, _displacements);
 573
 574         KSPConvergedReason reason;
 575         KSPGetConvergedReason(_ksp,&reason);
 576     KSPGetIterationNumber(_ksp, &_PetscIts);
 577     double residu;
 578     KSPGetResidualNorm(_ksp,&residu);
 579         if (reason!=2 and reason!=3)
 580     {
 581         cout<<"!!!!!!!!!!!!! Erreur système linéaire : pas de convergence de Petsc."<<endl;
 582         cout<<"!!!!!!!!!!!!! Itérations maximales "<<_maxPetscIts<<" atteintes, résidu="<<residu<<", précision demandée= "<<_precision<<endl;
 583         cout<<"Solver used "<<  _ksptype<<", preconditioner "<<_pctype<<", Final number of iteration= "<<_PetscIts<<endl;
 584                 *_runLogFile<<"!!!!!!!!!!!!! Erreur système linéaire : pas de convergence de Petsc."<<endl;
 585         *_runLogFile<<"!!!!!!!!!!!!! Itérations maximales "<<_maxPetscIts<<" atteintes, résidu="<<residu<<", précision demandée= "<<_precision<<endl;
 586         *_runLogFile<<"Solver used "<<  _ksptype<<", preconditioner "<<_pctype<<", Final number of iteration= "<<_PetscIts<<endl;
 587                 _runLogFile->close();
 588
 589                 resolutionOK = false;
 590     }
 591     else{
 592         if( _MaxIterLinearSolver < _PetscIts)
 593             _MaxIterLinearSolver = _PetscIts;
 594         cout<<"## Système linéaire résolu en "<<_PetscIts<<" itérations par le solveur "<<  _ksptype<<" et le preconditioneur "<<_pctype<<", précision demandée= "<<_precision<<endl<<endl;
 595                 *_runLogFile<<"## Système linéaire résolu en "<<_PetscIts<<" itérations par le solveur "<<  _ksptype<<" et le preconditioneur "<<_pctype<<", précision demandée= "<<_precision<<endl<<endl;
 596
 597         resolutionOK = true;
 598     }
 599
 600         return resolutionOK;
 601 }
 602
 603 void LinearElasticityModel::setMesh(const Mesh &M)
 604 {
 605         if(_Ndim != M.getSpaceDimension() or _Ndim!=M.getMeshDimension())//for the moment we must have space dim=mesh dim
 606         {
 607         cout<< "Problem : dimension defined is "<<_Ndim<< " but mesh dimension= "<<M.getMeshDimension()<<", and space dimension is "<<M.getSpaceDimension()<<endl;
 608                 *_runLogFile<< "Problem : dim = "<<_Ndim<< " but mesh dim= "<<M.getMeshDimension()<<", mesh space dim= "<<M.getSpaceDimension()<<endl;
 609                 *_runLogFile<<"LinearElasticityModel::setMesh: mesh has incorrect dimension"<<endl;
 610                 _runLogFile->close();
 611                 throw CdmathException("LinearElasticityModel::setMesh: mesh has incorrect  dimension");
 612         }
 613
 614         _mesh=M;
 615         _Nmailles = _mesh.getNumberOfCells();
 616         _Nnodes =   _mesh.getNumberOfNodes();
 617
 618     cout<<"Mesh has "<< _Nmailles << " cells and " << _Nnodes << " nodes"<<endl<<endl;;
 619         *_runLogFile<<"Mesh has "<< _Nmailles << " cells and " << _Nnodes << " nodes"<<endl<<endl;
 620
 621         // find  maximum nb of neibourghs
 622     if(!_FECalculation)
 623     {
 624         _VV=Field ("Displacements", CELLS, _mesh, _Ndim);
 625         _neibMaxNbCells=_mesh.getMaxNbNeighbours(CELLS);
 626     }
 627     else
 628     {
 629         if(_Ndim==1 )//The 1D cdmath mesh is necessarily made of segments
 630                         cout<<"1D Finite element method on segments"<<endl;
 631         else if(_Ndim==2)
 632         {
 633                         if( _mesh.isTriangular() )//Mesh dim=2
 634                                 cout<<"2D Finite element method on triangles"<<endl;
 635                         else if (_mesh.getMeshDimension()==1)//Mesh dim=1
 636                                 cout<<"1D Finite element method on a 2D network : space dimension is "<<_Ndim<< ", mesh dimension is "<<_mesh.getMeshDimension()<<endl;
 637                         else
 638                         {
 639                                 cout<<"Error Finite element with Space dimension "<<_Ndim<< ", and mesh dimension  "<<_mesh.getMeshDimension()<< ", mesh should be either triangular either 1D network"<<endl;
 640                                 *_runLogFile<<"LinearElasticityModel::setMesh: mesh has incorrect dimension"<<endl;
 641                                 _runLogFile->close();
 642                                 throw CdmathException("LinearElasticityModel::setMesh: mesh has incorrect cell types");
 643                         }
 644         }
 645         else if(_Ndim==3)
 646         {
 647                         if( _mesh.isTetrahedral() )//Mesh dim=3
 648                                 cout<<"3D Finite element method on tetrahedra"<<endl;
 649                         else if (_mesh.getMeshDimension()==2 and _mesh.isTriangular())//Mesh dim=2
 650                                 cout<<"2D Finite element method on a 3D surface : space dimension is "<<_Ndim<< ", mesh dimension is "<<_mesh.getMeshDimension()<<endl;
 651                         else if (_mesh.getMeshDimension()==1)//Mesh dim=1
 652                                 cout<<"1D Finite element method on a 3D network : space dimension is "<<_Ndim<< ", mesh dimension is "<<_mesh.getMeshDimension()<<endl;
 653                         else
 654                         {
 655                                 cout<<"Error Finite element with Space dimension "<<_Ndim<< ", and mesh dimension  "<<_mesh.getMeshDimension()<< ", mesh should be either tetrahedral, either a triangularised surface or 1D network"<<endl;
 656                                 *_runLogFile<<"LinearElasticityModel::setMesh: mesh has incorrect dimension"<<endl;
 657                                 _runLogFile->close();
 658                                 throw CdmathException("LinearElasticityModel::setMesh: mesh has incorrect cell types");
 659                         }
 660         }
 661
 662                 _VV=Field ("Temperature", NODES, _mesh, _Ndim);
 663
 664         _neibMaxNbNodes=_mesh.getMaxNbNeighbours(NODES);
 665         _boundaryNodeIds = _mesh.getBoundaryNodeIds();
 666         _NboundaryNodes=_boundaryNodeIds.size();
 667     }
 668
 669         _meshSet=true;
 670 }
 671
 672 void LinearElasticityModel::setLinearSolver(linearSolver kspType, preconditioner pcType)
 673 {
 674         //_maxPetscIts=maxIterationsPetsc;
 675         // set linear solver algorithm
 676         if (kspType==GMRES)
 677                 _ksptype = (char*)&KSPGMRES;
 678         else if (kspType==CG)
 679                 _ksptype = (char*)&KSPCG;
 680         else if (kspType==BCGS)
 681                 _ksptype = (char*)&KSPBCGS;
 682         else {
 683                 cout << "!!! Error : only 'GMRES', 'CG' or 'BCGS' is acceptable as a linear solver !!!" << endl;
 684                 *_runLogFile << "!!! Error : only 'GMRES', 'CG' or 'BCGS' is acceptable as a linear solver !!!" << endl;
 685                 _runLogFile->close();
 686                 throw CdmathException("!!! Error : only 'GMRES', 'CG' or 'BCGS' algorithm is acceptable !!!");
 687         }
 688         // set preconditioner
 689         if (pcType == NONE)
 690                 _pctype = (char*)&PCNONE;
 691         else if (pcType ==LU)
 692                 _pctype = (char*)&PCLU;
 693         else if (pcType == ILU)
 694                 _pctype = (char*)&PCILU;
 695         else if (pcType ==CHOLESKY)
 696                 _pctype = (char*)&PCCHOLESKY;
 697         else if (pcType == ICC)
 698                 _pctype = (char*)&PCICC;
 699         else {
 700                 cout << "!!! Error : only 'NONE', 'LU', 'ILU', 'CHOLESKY' or 'ICC' preconditioners are acceptable !!!" << endl;
 701                 *_runLogFile << "!!! Error : only 'NONE' or 'LU' or 'ILU' preconditioners are acceptable !!!" << endl;
 702                 _runLogFile->close();
 703                 throw CdmathException("!!! Error : only 'NONE' or 'LU' or 'ILU' preconditioners are acceptable !!!" );
 704         }
 705 }
 706
 707 bool LinearElasticityModel::solveStationaryProblem()
 708 {
 709         if(!_initializedMemory)
 710         {
 711                 *_runLogFile<< "ProblemCoreFlows::run() call initialize() first"<< _fileName<<endl;
 712                 _runLogFile->close();
 713                 throw CdmathException("ProblemCoreFlows::run() call initialize() first");
 714         }
 715         bool stop=false; // Does the Problem want to stop (error) ?
 716
 717         cout<< "!!! Running test case "<< _fileName << " using ";
 718         *_runLogFile<< "!!! Running test case "<< _fileName<< " using ";
 719
 720     if(!_FECalculation)
 721     {
 722         cout<< "Finite volumes method"<<endl<<endl;
 723                 *_runLogFile<< "Finite volumes method"<<endl<<endl;
 724         }
 725     else
 726         {
 727         cout<< "Finite elements method"<<endl<<endl;
 728                 *_runLogFile<< "Finite elements method"<< endl<<endl;
 729         }
 730
 731     computeStiffnessMatrix( stop);
 732     if (stop){
 733         cout << "Error : failed computing diffusion matrix, stopping calculation"<< endl;
 734         *_runLogFile << "Error : failed computing diffusion matrix, stopping calculation"<< endl;
 735                 _runLogFile->close();
 736        throw CdmathException("Failed computing diffusion matrix");
 737     }
 738     computeRHS(stop);
 739     if (stop){
 740         cout << "Error : failed computing right hand side, stopping calculation"<< endl;
 741         *_runLogFile << "Error : failed computing right hand side, stopping calculation"<< endl;
 742         throw CdmathException("Failed computing right hand side");
 743     }
 744     stop = !solveLinearSystem();
 745     if (stop){
 746         cout << "Error : failed solving linear system, stopping calculation"<< endl;
 747         *_runLogFile << "Error : failed linear system, stopping calculation"<< endl;
 748                 _runLogFile->close();
 749         throw CdmathException("Failed solving linear system");
 750     }
 751
 752     _computationCompletedSuccessfully=true;
 753     save();
 754
 755     *_runLogFile<< "!!!!!! Computation successful"<< endl;
 756         _runLogFile->close();
 757
 758         return !stop;
 759 }
 760
 761 void LinearElasticityModel::save(){
 762     cout<< "Saving numerical results"<<endl<<endl;
 763     *_runLogFile<< "Saving numerical results"<< endl<<endl;
 764
 765         string resultFile(_path+"/LinearElasticityModel");//Results
 766
 767         resultFile+="_";
 768         resultFile+=_fileName;
 769
 770         // create mesh and component info
 771     string suppress ="rm -rf "+resultFile+"_*";
 772     system(suppress.c_str());//Nettoyage des précédents calculs identiques
 773
 774     if(_verbose or _system)
 775         VecView(_displacements,PETSC_VIEWER_STDOUT_SELF);
 776
 777     double uk;
 778     if(!_FECalculation)
 779         for(int i=0; i<_Nmailles; i++)
 780             {
 781                                 for(int j=0; j<_nVar; j++)
 782                                 {
 783                                         int k=i*_nVar+j;
 784                                         VecGetValues(_displacements, 1, &k, &uk);
 785                                         _VV(i,j)=uk;
 786                                 }
 787             }
 788     else
 789     {
 790         int globalIndex;
 791         for(int i=0; i<_NunknownNodes; i++)
 792         {
 793                         globalIndex = globalNodeIndex(i, _dirichletNodeIds);
 794                         for(int j=0; j<_nVar; j++)
 795                         {
 796                                 int k=i*_nVar+j;
 797                                 VecGetValues(_displacements, 1, &k, &uk);
 798                                 _VV(globalIndex,j)=uk;
 799                         }
 800         }
 801
 802         Node Ni;
 803         string nameOfGroup;
 804         for(int i=0; i<_NdirichletNodes; i++)
 805         {
 806             Ni=_mesh.getNode(_dirichletNodeIds[i]);
 807             nameOfGroup = Ni.getGroupName();
 808                         for(int j=0; j<_nVar; j++)
 809                                 _VV(_dirichletNodeIds[i])=_limitField[nameOfGroup].displacement[i];
 810         }
 811     }
 812
 813     switch(_saveFormat)
 814     {
 815         case VTK :
 816             _VV.writeVTK(resultFile);
 817             break;
 818         case MED :
 819             _VV.writeMED(resultFile);
 820             break;
 821         case CSV :
 822             _VV.writeCSV(resultFile);
 823             break;
 824     }
 825 }
 826 Field
 827 LinearElasticityModel::getOutputDisplacementField()
 828 {
 829     if(!_computationCompletedSuccessfully)
 830         throw("Computation not performed yet or failed. No displacement field available");
 831     else
 832         return _VV;
 833 }
 834
 835 void LinearElasticityModel::terminate()
 836 {
 837         VecDestroy(&_displacements);
 838         VecDestroy(&_b);
 839         MatDestroy(&_A);
 840 }
 841 void
 842 LinearElasticityModel::setDirichletValues(map< int, double> dirichletBoundaryValues)
 843 {
 844     _dirichletValuesSet=true;
 845     _dirichletBoundaryValues=dirichletBoundaryValues;
 846 }
 847 void
 848 LinearElasticityModel::setNeumannValues(map< int, double> neumannBoundaryValues)
 849 {
 850     _neumannValuesSet=true;
 851     _neumannBoundaryValues=neumannBoundaryValues;
 852 }
 853
 854 double
 855 LinearElasticityModel::getConditionNumber(bool isSingular, double tol) const
 856 {
 857   SparseMatrixPetsc A = SparseMatrixPetsc(_A);
 858   return A.getConditionNumber( isSingular, tol);
 859 }