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4d3d4ae157
| Author | SHA1 | Date | |
|---|---|---|---|
| 4d3d4ae157 | |||
| 423914bc59 | |||
| 7d047ead16 |
0
free_energy.cpp
Normal file
0
free_energy.cpp
Normal file
104
main.cpp
104
main.cpp
@@ -51,6 +51,9 @@ struct FEM {
|
||||
std::unique_ptr<mfem::GridFunction> H_gf;
|
||||
std::unique_ptr<mfem::GridFunction> P_gf;
|
||||
|
||||
mfem::Vector com;
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||||
mfem::DenseMatrix Q;
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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);
|
||||
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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||||
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);
|
||||
|
||||
double l2_multipole_potential(const FEM& fem, const mfem::Vector& x);
|
||||
|
||||
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||||
/*****************************
|
||||
@@ -332,6 +339,9 @@ FEM setup_fem(const std::string& filename, bool verbose) {
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||||
project_scalar_function(*fem_setup.rho_gf, initial_density);
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||||
fem_setup.rho_gf = conserve_mass(fem_setup, *fem_setup.rho_gf, MASS);
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||||
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||||
fem_setup.com = get_com(fem_setup, *fem_setup.rho_gf);
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||||
fem_setup.Q = compute_quadrupole_moment_tensor(fem_setup, *fem_setup.rho_gf, fem_setup.com);
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||||
|
||||
if (verbose) {
|
||||
std::println("Setup {}", fem_setup.okay() ? "OK" : "FAIL");
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||||
}
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||||
@@ -889,3 +899,97 @@ void write_output(const Envelope& env, std::ostream& out, const Args& args) {
|
||||
}
|
||||
}
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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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||||
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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) {
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip = ir.IntPoint(j);
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||||
trans->SetIntPoint(&ip);
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||||
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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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||||
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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;
|
||||
total_mass += mass_term;
|
||||
|
||||
for (int d = 0; d < dim; ++d) {
|
||||
com(d) += phys_point(d) * mass_term;
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||||
}
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}
|
||||
}
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||||
com /= total_mass;
|
||||
return com;
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||||
}
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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();
|
||||
mfem::DenseMatrix Q(dim, dim);
|
||||
Q = 0.0;
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||||
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||||
for (int i = 0; i < fem.H1_fes->GetNE(); ++i) {
|
||||
mfem::ElementTransformation *trans = fem.mesh_ptr->GetElementTransformation(i);
|
||||
const mfem::IntegrationRule &ir = mfem::IntRules.Get(trans->GetGeometryType(), 2 * fem.H1_fes->GetOrder(0) + trans->OrderW());
|
||||
for (int j = 0; j < ir.GetNPoints(); ++j) {
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip = ir.IntPoint(j);
|
||||
trans->SetIntPoint(&ip);
|
||||
|
||||
const double weight = trans->Weight() * ip.weight;
|
||||
const double rho_val = rho.GetValue(i, ip);
|
||||
|
||||
mfem::Vector phys_point(dim);
|
||||
trans->Transform(ip, phys_point);
|
||||
|
||||
mfem::Vector x_prime(dim);
|
||||
double r_sq = 0.0;
|
||||
|
||||
for (int d = 0; d < dim; ++d) {
|
||||
x_prime(d) = phys_point(d) - com(d);
|
||||
r_sq += x_prime(d) * x_prime(d);
|
||||
}
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||||
|
||||
for (int m = 0; m < dim; ++m) {
|
||||
for (int n = 0; n < dim; ++n) {
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||||
const double delta = (m == n) ? 1.0 : 0.0;
|
||||
const double contrib = 3.0 * x_prime(m) * x_prime(n) - delta * r_sq;
|
||||
Q(m, n) += rho_val * contrib * weight;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return Q;
|
||||
}
|
||||
|
||||
double l2_multipole_potential(const FEM &fem, const mfem::Vector &x) {
|
||||
const double r = x.Norml2();
|
||||
if (r < 1e-12) return 0.0;
|
||||
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||||
const int dim = fem.mesh_ptr->Dimension();
|
||||
|
||||
mfem::Vector n(x);
|
||||
n /= r;
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||||
|
||||
double l2_mult_factor = 0.0;
|
||||
for (int i = 0; i < dim; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < dim; ++j) {
|
||||
l2_mult_factor += fem.Q(i, j) * n(i) * n(j);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
const double l2_contrib = (G / (2.0 * std::pow(r, 3))) * l2_mult_factor;
|
||||
|
||||
const double total_mass = get_current_mass(fem, *fem.rho_gf);
|
||||
const double l0_contrib = -G * total_mass / r;
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||||
|
||||
// l1 contribution is zero for a system centered on its COM
|
||||
return l0_contrib + l2_contrib;
|
||||
}
|
||||
|
||||
2103
mapping.cpp
Normal file
2103
mapping.cpp
Normal file
File diff suppressed because it is too large
Load Diff
216
mapping_impl.ipp
Normal file
216
mapping_impl.ipp
Normal file
@@ -0,0 +1,216 @@
|
||||
FEM setup_fem(const std::string& filename, const bool verbose) {
|
||||
FEM fem;
|
||||
fem.mesh = std::make_unique<mfem::Mesh>(filename, 0, 0);
|
||||
fem.mesh->EnsureNodes();
|
||||
int dim = fem.mesh->Dimension();
|
||||
fem.H1_fec = std::make_unique<mfem::H1_FECollection>(2, dim);
|
||||
fem.H1_fes = std::make_unique<mfem::FiniteElementSpace>(fem.mesh.get(), fem.H1_fec.get());
|
||||
fem.Vec_H1_fes = std::make_unique<mfem::FiniteElementSpace>(fem.mesh.get(), fem.H1_fec.get(), dim, mfem::Ordering::byNODES);
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||||
|
||||
fem.block_offsets.SetSize(3);
|
||||
fem.block_offsets[0] = 0;
|
||||
fem.block_offsets[1] = fem.H1_fes->GetTrueVSize();
|
||||
fem.block_offsets[2] = fem.H1_fes->GetTrueVSize() + fem.Vec_H1_fes->GetTrueVSize();
|
||||
fem.com.SetSize(dim); fem.com = 0.0;
|
||||
fem.Q.SetSize(dim, dim); fem.Q = 0.0;
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||||
return fem;
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||||
}
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||||
|
||||
void view_mesh(const std::string& host, int port, const mfem::Mesh& mesh, const mfem::GridFunction& gf, const std::string& title) {
|
||||
mfem::socketstream sol_sock(host.c_str(), port);
|
||||
if (!sol_sock.is_open()) return;
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||||
sol_sock << "solution\n" << mesh << gf;
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||||
sol_sock << "window_title '" << title << "'\n" << std::flush;
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||||
|
||||
}
|
||||
|
||||
double domain_integrate_grid_function(const FEM& fem, const mfem::GridFunction& gf) {
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||||
mfem::LinearForm lf(fem.H1_fes.get());
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||||
mfem::GridFunctionCoefficient gf_c(&gf);
|
||||
lf.AddDomainIntegrator(new mfem::DomainLFIntegrator(gf_c));
|
||||
lf.Assemble();
|
||||
return lf.Sum();
|
||||
}
|
||||
|
||||
mfem::Vector get_com(const FEM& fem, const mfem::GridFunction &rho) {
|
||||
const int dim = fem.mesh->Dimension();
|
||||
mfem::Vector com(dim);
|
||||
com = 0.0;
|
||||
double total_mass = 0.0;
|
||||
|
||||
for (int i = 0; i < fem.H1_fes->GetNE(); ++i) {
|
||||
mfem::ElementTransformation *trans = fem.H1_fes->GetElementTransformation(i);
|
||||
const mfem::IntegrationRule &ir = mfem::IntRules.Get(trans->GetGeometryType(), fem.H1_fes->GetOrder(0) + trans->OrderW());
|
||||
|
||||
for (int j = 0; j < ir.GetNPoints(); ++j) {
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip = ir.IntPoint(j);
|
||||
trans->SetIntPoint(&ip);
|
||||
|
||||
double weight = trans->Weight() * ip.weight;
|
||||
double rho_val = rho.GetValue(i, ip);
|
||||
|
||||
mfem::Vector phys_point(dim);
|
||||
trans->Transform(ip, phys_point);
|
||||
|
||||
const double mass_term = rho_val * weight;
|
||||
total_mass += mass_term;
|
||||
|
||||
for (int d = 0; d < dim; ++d) {
|
||||
com(d) += phys_point(d) * mass_term;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
com /= total_mass;
|
||||
return com;
|
||||
}
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||||
|
||||
double centrifugal_potential(const mfem::Vector& x, double omega) {
|
||||
const double s2 = std::pow(x(0), 2) + std::pow(x(1), 2);
|
||||
return -0.5 * s2 * std::pow(omega, 2);
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||||
}
|
||||
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||||
double get_moment_of_inertia(const FEM& fem, const mfem::GridFunction& rho) {
|
||||
auto s2_func = [](const mfem::Vector& x) {
|
||||
return std::pow(x(0), 2) + std::pow(x(1), 2);
|
||||
};
|
||||
|
||||
mfem::FunctionCoefficient s2_coeff(s2_func);
|
||||
mfem::GridFunctionCoefficient rho_coeff(&rho);
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||||
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||||
mfem::ProductCoefficient I_integrand ( rho_coeff, s2_coeff );
|
||||
mfem::LinearForm I_lf(fem.H1_fes.get());
|
||||
I_lf.AddDomainIntegrator(new mfem::DomainLFIntegrator(I_integrand));
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||||
I_lf.Assemble();
|
||||
|
||||
return I_lf.Sum();
|
||||
}
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||||
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||||
std::unique_ptr<mfem::GridFunction> grav_potential(const FEM& fem, const Args &args, const mfem::GridFunction& rho) {
|
||||
auto phi = std::make_unique<mfem::GridFunction>(fem.H1_fes.get());
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||||
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||||
mfem::Array<int> ess_bdr(fem.mesh->bdr_attributes.Max());
|
||||
ess_bdr = 1;
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||||
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||||
mfem::GridFunctionCoefficient rho_coeff(&rho);
|
||||
double total_mass = domain_integrate_grid_function(fem, rho);
|
||||
|
||||
auto grav_potential = [&fem, &total_mass](const mfem::Vector& x) {
|
||||
return l2_multipole_potential(fem, total_mass, x);
|
||||
};
|
||||
|
||||
mfem::FunctionCoefficient phi_bdr_coeff(grav_potential);
|
||||
mfem::Array<int> ess_tdof_list;
|
||||
fem.H1_fes->GetEssentialTrueDofs(ess_bdr, ess_tdof_list);
|
||||
|
||||
auto laplacian = std::make_unique<mfem::BilinearForm>(fem.H1_fes.get());
|
||||
laplacian->AddDomainIntegrator(new mfem::DiffusionIntegrator());
|
||||
laplacian->Assemble();
|
||||
laplacian->Finalize();
|
||||
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||||
mfem::ConstantCoefficient four_pi_G(-4.0 * M_PI * G);
|
||||
mfem::ProductCoefficient rhs_coeff(rho_coeff, four_pi_G);
|
||||
mfem::LinearForm b(fem.H1_fes.get());
|
||||
b.AddDomainIntegrator(new mfem::DomainLFIntegrator(rhs_coeff));
|
||||
b.Assemble();
|
||||
|
||||
mfem::OperatorPtr A;
|
||||
mfem::Vector B, X;
|
||||
laplacian->FormLinearSystem(ess_tdof_list, *phi, b, A, X, B);
|
||||
|
||||
mfem::GSSmoother prec;
|
||||
mfem::CGSolver cg;
|
||||
cg.SetPreconditioner(prec);
|
||||
cg.SetOperator(*A);
|
||||
cg.SetRelTol(args.p.tol);
|
||||
cg.SetMaxIter(args.p.max_iters);
|
||||
cg.SetPrintLevel(0);
|
||||
|
||||
cg.Mult(B, X);
|
||||
laplacian->RecoverFEMSolution(X, b, *phi);
|
||||
return phi;
|
||||
}
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||||
|
||||
std::unique_ptr<mfem::GridFunction> get_potential(const FEM &fem, const Args &args, const mfem::GridFunction &rho) {
|
||||
auto phi = grav_potential(fem, args, rho);
|
||||
mfem::GridFunctionCoefficient rho_coeff(&rho);
|
||||
|
||||
if (args.r.enabled) {
|
||||
auto rot = [&args](const mfem::Vector& x) {
|
||||
return centrifugal_potential(x, args.r.omega);
|
||||
};
|
||||
|
||||
mfem::FunctionCoefficient centrifugal_coeff(rot);
|
||||
mfem::GridFunction centrifugal_gf(fem.H1_fes.get());
|
||||
centrifugal_gf.ProjectCoefficient(centrifugal_coeff);
|
||||
(*phi) += centrifugal_gf;
|
||||
}
|
||||
|
||||
return phi;
|
||||
}
|
||||
|
||||
mfem::DenseMatrix compute_quadrupole_moment_tensor(const FEM& fem, const mfem::GridFunction& rho, const mfem::Vector& com) {
|
||||
const int dim = fem.mesh->Dimension();
|
||||
mfem::DenseMatrix Q(dim, dim);
|
||||
Q = 0.0;
|
||||
|
||||
for (int i = 0; i < fem.H1_fes->GetNE(); ++i) {
|
||||
mfem::ElementTransformation *trans = fem.mesh->GetElementTransformation(i);
|
||||
const mfem::IntegrationRule &ir = mfem::IntRules.Get(trans->GetGeometryType(), 2 * fem.H1_fes->GetOrder(0) + trans->OrderW());
|
||||
for (int j = 0; j < ir.GetNPoints(); ++j) {
|
||||
const mfem::IntegrationPoint &ip = ir.IntPoint(j);
|
||||
trans->SetIntPoint(&ip);
|
||||
|
||||
const double weight = trans->Weight() * ip.weight;
|
||||
const double rho_val = rho.GetValue(i, ip);
|
||||
|
||||
mfem::Vector phys_point(dim);
|
||||
trans->Transform(ip, phys_point);
|
||||
|
||||
mfem::Vector x_prime(dim);
|
||||
double r_sq = 0.0;
|
||||
|
||||
for (int d = 0; d < dim; ++d) {
|
||||
x_prime(d) = phys_point(d) - com(d);
|
||||
r_sq += x_prime(d) * x_prime(d);
|
||||
}
|
||||
|
||||
for (int m = 0; m < dim; ++m) {
|
||||
for (int n = 0; n < dim; ++n) {
|
||||
const double delta = (m == n) ? 1.0 : 0.0;
|
||||
const double contrib = 3.0 * x_prime(m) * x_prime(n) - delta * r_sq;
|
||||
Q(m, n) += rho_val * contrib * weight;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return Q;
|
||||
}
|
||||
|
||||
double l2_multipole_potential(const FEM &fem, const double total_mass, const mfem::Vector &x) {
|
||||
const double r = x.Norml2();
|
||||
if (r < 1e-12) return 0.0;
|
||||
|
||||
const int dim = fem.mesh->Dimension();
|
||||
|
||||
mfem::Vector n(x);
|
||||
n /= r;
|
||||
|
||||
double l2_mult_factor = 0.0;
|
||||
for (int i = 0; i < dim; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < dim; ++j) {
|
||||
l2_mult_factor += fem.Q(i, j) * n(i) * n(j);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
const double l2_contrib = (G / (2.0 * std::pow(r, 3))) * l2_mult_factor;
|
||||
|
||||
const double l0_contrib = -G * total_mass / r;
|
||||
|
||||
// l1 contribution is zero for a system centered on its COM
|
||||
return l0_contrib + l2_contrib;
|
||||
}
|
||||
|
||||
void ConserveMass(const FEM& fem, mfem::GridFunction& rho, double target_mass) {
|
||||
const double current_mass = domain_integrate_grid_function(fem, rho);
|
||||
if (current_mass > 1e-15) rho *= (target_mass / current_mass);
|
||||
}
|
||||
0
sweep_omega.sh
Normal file
0
sweep_omega.sh
Normal file
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