src/solidModels/fvPatchFields/analyticalPlateHoleTraction/analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField.C

   1 /*---------------------------------------------------------------------------*\
   2   =========                 |
   3   \\      /  F ield         | foam-extend: Open Source CFD
   4    \\    /   O peration     | Version:     3.2
   5     \\  /    A nd           | Web:         http://www.foam-extend.org
   6      \\/     M anipulation  | For copyright notice see file Copyright
   7 -------------------------------------------------------------------------------
   8 License
   9     This file is part of foam-extend.
  10
  11     foam-extend is free software: you can redistribute it and/or modify it
  12     under the terms of the GNU General Public License as published by the
  13     Free Software Foundation, either version 3 of the License, or (at your
  14     option) any later version.
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  16     foam-extend is distributed in the hope that it will be useful, but
  17     WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19     General Public License for more details.
  20
  21     You should have received a copy of the GNU General Public License
  22     along with foam-extend.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  23
  24 \*---------------------------------------------------------------------------*/
  25
  26 #include "analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField.H"
  27 #include "addToRunTimeSelectionTable.H"
  28 #include "volFields.H"
  29 #include "constitutiveModel.H"
  30 #include "volFields.H"
  31 #include "fvc.H"
  32 #include "fixedValueFvPatchFields.H"
  33 #include "coordinateSystem.H"
  34
  35 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
  36
  37 namespace Foam
  38 {
  39
  40 // * * * * * * * * * * * * * * * * Constructors  * * * * * * * * * * * * * * //
  41
  42 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::
  43 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField
  44 (
  45     const fvPatch& p,
  46     const DimensionedField<vector, volMesh>& iF
  47 )
  48 :
  49     fixedGradientFvPatchVectorField(p, iF),
  50     UName_("undefined")
  51 {
  52     fvPatchVectorField::operator=(patchInternalField());
  53     gradient() = vector::zero;
  54 }
  55
  56
  57 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::
  58 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField
  59 (
  60     const fvPatch& p,
  61     const DimensionedField<vector, volMesh>& iF,
  62     const dictionary& dict
  63 )
  64 :
  65     fixedGradientFvPatchVectorField(p, iF),
  66     UName_("U")
  67 {
  68     fvPatchVectorField::operator=(patchInternalField());
  69     gradient() = vector::zero;
  70 }
  71
  72
  73 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::
  74 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField
  75 (
  76     const analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField& stpvf,
  77     const fvPatch& p,
  78     const DimensionedField<vector, volMesh>& iF,
  79     const fvPatchFieldMapper& mapper
  80 )
  81 :
  82     fixedGradientFvPatchVectorField(stpvf, p, iF, mapper),
  83     UName_(stpvf.UName_)
  84 {}
  85
  86
  87 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::
  88 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField
  89 (
  90     const analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField& stpvf
  91 )
  92 :
  93     fixedGradientFvPatchVectorField(stpvf),
  94     UName_(stpvf.UName_)
  95 {}
  96
  97
  98 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::
  99 analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField
 100 (
 101     const analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField& stpvf,
 102     const DimensionedField<vector, volMesh>& iF
 103 )
 104 :
 105     fixedGradientFvPatchVectorField(stpvf, iF),
 106     UName_(stpvf.UName_)
 107 {}
 108
 109
 110 // * * * * * * * * * * * * * * * Member Functions  * * * * * * * * * * * * * //
 111
 112 void analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::autoMap
 113 (
 114     const fvPatchFieldMapper& m
 115 )
 116 {
 117     fixedGradientFvPatchVectorField::autoMap(m);
 118 }
 119
 120
 121 // Reverse-map the given fvPatchField onto this fvPatchField
 122 void analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::rmap
 123 (
 124     const fvPatchVectorField& ptf,
 125     const labelList& addr
 126 )
 127 {
 128     fixedGradientFvPatchVectorField::rmap(ptf, addr);
 129 }
 130
 131
 132 // Update the coefficients associated with the patch field
 133 void analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::updateCoeffs()
 134 {
 135     if (updated())
 136     {
 137         return;
 138     }
 139
 140     vectorField n = patch().nf();
 141
 142      const constitutiveModel& rheology =
 143          this->db().objectRegistry::lookupObject<constitutiveModel>
 144          ("rheologyProperties");
 145     scalarField mu =
 146         rheology.mu()().boundaryField()[patch().index()];
 147     scalarField lambda =
 148         rheology.lambda()().boundaryField()[patch().index()];
 149
 150     const fvPatchField<tensor>& gradU =
 151         patch().lookupPatchField<volTensorField, tensor>
 152         ("grad(" + UName_ + ")");
 153
 154     vectorField Traction(n.size(),vector::zero);
 155
 156     const vectorField& Cf = patch().Cf();
 157
 158     forAll(Traction, faceI)
 159       {
 160     vector curC(Cf[faceI].x(), Cf[faceI].y(), 0);
 161     vector curN = n[faceI];
 162
 163     if (patch().name() == "hole")
 164       {
 165         curC /= mag(curC);
 166         curC *= 0.5;
 167
 168         curN = -curC/mag(curC);
 169       }
 170
 171     Traction[faceI] =
 172       (n[faceI] & plateHoleSolution(curC));
 173       }
 174
 175     //- set patch gradient
 176     vectorField newGradient =
 177       Traction
 178       - (n & (mu*gradU.T() - (mu + lambda)*gradU))
 179       - n*lambda*tr(gradU);
 180
 181     newGradient /= (2.0*mu + lambda);
 182
 183     gradient() = newGradient;
 184
 185     fixedGradientFvPatchVectorField::updateCoeffs();
 186 }
 187
 188
 189 void analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::evaluate
 190 (const Pstream::commsTypes)
 191 {
 192     if (!this->updated())
 193     {
 194         this->updateCoeffs();
 195     }
 196
 197     const fvPatchField<tensor>& gradDU =
 198         patch().lookupPatchField<volTensorField, tensor>
 199         (
 200             "grad(" + UName_ + ")"
 201         );
 202
 203     vectorField n = patch().nf();
 204     vectorField delta = patch().delta();
 205
 206     vectorField k = delta - n*(n&delta);
 207
 208     Field<vector>::operator=
 209     (
 210         this->patchInternalField()
 211       + (k&gradDU.patchInternalField())
 212       + gradient()/this->patch().deltaCoeffs()
 213     );
 214
 215     fvPatchField<vector>::evaluate();
 216 }
 217
 218 // Write
 219 void analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::write(Ostream& os) const
 220 {
 221     fvPatchVectorField::write(os);
 222     writeEntry("value", os);
 223 }
 224
 225 symmTensor analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField::plateHoleSolution
 226 (const vector& C)
 227 {
 228     tensor sigma = tensor::zero;
 229
 230     scalar T = 10000;
 231     scalar a = 0.5;
 232
 233     scalar r = ::sqrt(sqr(C.x()) + sqr(C.y()));
 234     scalar theta = Foam::atan2(C.y(), C.x());
 235
 236     coordinateSystem cs("polarCS", C, vector(0, 0, 1), C/mag(C));
 237
 238     sigma.xx() =
 239         T*(1 - sqr(a)/sqr(r))/2
 240       + T*(1 + 3*pow(a,4)/pow(r,4) - 4*sqr(a)/sqr(r))*::cos(2*theta)/2;
 241
 242     sigma.xy() =
 243       - T*(1 - 3*pow(a,4)/pow(r,4) + 2*sqr(a)/sqr(r))*::sin(2*theta)/2;
 244
 245     sigma.yx() = sigma.xy();
 246
 247     sigma.yy() =
 248         T*(1 + sqr(a)/sqr(r))/2
 249       - T*(1 + 3*pow(a,4)/pow(r,4))*::cos(2*theta)/2;
 250
 251
 252     // Transformation to global coordinate system
 253     sigma = ((cs.R()&sigma)&cs.R().T());
 254
 255     symmTensor S = symmTensor::zero;
 256
 257     S.xx() = sigma.xx();
 258     S.xy() = sigma.xy();
 259     S.yy() = sigma.yy();
 260
 261     return S;
 262 }
 263
 264 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 265
 266 makePatchTypeField
 267 (
 268     fvPatchVectorField,
 269     analyticalPlateHoleTractionFvPatchVectorField
 270 );
 271
 272 // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //
 273
 274 } // End namespace Foam
 275
 276 // ************************************************************************* //