feat(main): quadrupolar
added quadrupolar terms
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main.cpp
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main.cpp
@@ -51,6 +51,9 @@ struct FEM {
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std::unique_ptr<mfem::GridFunction> H_gf;
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std::unique_ptr<mfem::GridFunction> H_gf;
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std::unique_ptr<mfem::GridFunction> P_gf;
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std::unique_ptr<mfem::GridFunction> P_gf;
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mfem::Vector com;
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mfem::DenseMatrix Q;
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[[nodiscard]] bool okay() const;
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[[nodiscard]] bool okay() const;
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};
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};
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@@ -214,7 +217,11 @@ void write_output(const Envelope& env, std::ostream& out, const Args& args);
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template <typename T>
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template <typename T>
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std::map<std::string, T> invert_pair_map(const std::map<T, std::pair<const char *, const char *>>& forward_map);
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std::map<std::string, T> invert_pair_map(const std::map<T, std::pair<const char *, const char *>>& forward_map);
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mfem::Vector get_com(const FEM& fem, const mfem::GridFunction &rho);
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mfem::DenseMatrix compute_quadrupole_moment_tensor(const FEM& fem, const mfem::GridFunction& rho, const mfem::Vector& com);
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double l2_multipole_potential(const FEM& fem, const mfem::Vector& x);
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@@ -889,3 +896,97 @@ void write_output(const Envelope& env, std::ostream& out, const Args& args) {
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}
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}
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}
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}
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mfem::Vector get_com(const FEM& fem, const mfem::GridFunction &rho) {
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const int dim = fem.mesh_ptr->Dimension();
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mfem::Vector com(dim);
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com = 0.0;
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double total_mass = 0.0;
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for (int i = 0; i < fem.H1_fes->GetNE(); ++i) {
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mfem::ElementTransformation *trans = fem.H1_fes->GetElementTransformation(i);
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const mfem::IntegrationRule &ir = mfem::IntRules.Get(trans->GetGeometryType(), fem.H1_fes->GetOrder(0) + trans->OrderW());
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for (int j = 0; j < ir.GetNPoints(); ++j) {
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const mfem::IntegrationPoint &ip = ir.IntPoint(j);
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trans->SetIntPoint(&ip);
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double weight = trans->Weight() * ip.weight;
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double rho_val = rho.GetValue(i, ip);
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mfem::Vector phys_point(dim);
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trans->Transform(ip, phys_point);
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const double mass_term = rho_val * weight;
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total_mass += mass_term;
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for (int d = 0; d < dim; ++d) {
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com(d) += phys_point(d) * mass_term;
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}
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}
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}
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com /= total_mass;
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return com;
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}
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mfem::DenseMatrix compute_quadrupole_moment_tensor(const FEM& fem, const mfem::GridFunction& rho, const mfem::Vector& com) {
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const int dim = fem.mesh_ptr->Dimension();
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mfem::DenseMatrix Q(dim, dim);
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Q = 0.0;
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for (int i = 0; i < fem.H1_fes->GetNE(); ++i) {
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mfem::ElementTransformation *trans = fem.mesh_ptr->GetElementTransformation(i);
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const mfem::IntegrationRule &ir = mfem::IntRules.Get(trans->GetGeometryType(), 2 * fem.H1_fes->GetOrder(0) + trans->OrderW());
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for (int j = 0; j < ir.GetNPoints(); ++j) {
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const mfem::IntegrationPoint &ip = ir.IntPoint(j);
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trans->SetIntPoint(&ip);
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const double weight = trans->Weight() * ip.weight;
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const double rho_val = rho.GetValue(i, ip);
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mfem::Vector phys_point(dim);
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trans->Transform(ip, phys_point);
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mfem::Vector x_prime(dim);
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double r_sq = 0.0;
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for (int d = 0; d < dim; ++d) {
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x_prime(d) = phys_point(d) - com(d);
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r_sq += x_prime(d) * x_prime(d);
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}
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for (int m = 0; m < dim; ++m) {
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for (int n = 0; n < dim; ++n) {
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const double delta = (m == n) ? 1.0 : 0.0;
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const double contrib = 3.0 * x_prime(m) * x_prime(n) - delta * r_sq;
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Q(m, n) += rho_val * contrib * weight;
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}
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}
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}
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}
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return Q;
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}
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double l2_multipole_potential(const FEM &fem, const mfem::Vector &x) {
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const double r = x.Norml2();
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if (r < 1e-12) return 0.0;
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const int dim = fem.mesh_ptr->Dimension();
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mfem::Vector n(x);
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n /= r;
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double l2_mult_factor = 0.0;
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for (int i = 0; i < dim; ++i) {
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for (int j = 0; j < dim; ++j) {
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l2_mult_factor += fem.Q(i, j) * n(i) * n(j);
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}
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}
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const double l2_contrib = (G / (2.0 * std::pow(r, 3))) * l2_mult_factor;
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const double total_mass = get_current_mass(fem, *fem.rho_gf);
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const double l0_contrib = -G * total_mass / r;
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// l1 contribution is zero for a system centered on its COM
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return l0_contrib + l2_contrib;
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}
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