Herezh_dev/herezh_pp/Elements/Mecanique/ElemPoint/ElemPoint.h

550 lines
26 KiB
C++
Executable file

// FICHIER : ElemPoint.h
// CLASSE : ElemPoint
// This file is part of the Herezh++ application.
//
// The finite element software Herezh++ is dedicated to the field
// of mechanics for large transformations of solid structures.
// It is developed by Gérard Rio (APP: IDDN.FR.010.0106078.000.R.P.2006.035.20600)
// INSTITUT DE RECHERCHE DUPUY DE LÔME (IRDL) <https://www.irdl.fr/>.
//
// Herezh++ is distributed under GPL 3 license ou ultérieure.
//
// Copyright (C) 1997-2021 Université Bretagne Sud (France)
// AUTHOR : Gérard Rio
// E-MAIL : gerardrio56@free.fr
//
// This program is free software: you can redistribute it and/or modify
// it under the terms of the GNU General Public License as published by
// the Free Software Foundation, either version 3 of the License,
// or (at your option) any later version.
//
// This program is distributed in the hope that it will be useful,
// but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty
// of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
// See the GNU General Public License for more details.
//
// You should have received a copy of the GNU General Public License
// along with this program. If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
//
// For more information, please consult: <https://herezh.irdl.fr/>.
/************************************************************************
* UNIVERSITE DE BRETAGNE SUD (UBS) --- I.U.P/I.U.T. DE LORIENT *
************************************************************************
* LABORATOIRE DE GENIE MECANIQUE ET MATERIAUX (LG2M) *
* Centre de Recherche Rue de Saint Maudé - 56325 Lorient cedex *
* tel. 02.97.87.45.70 fax. 02.97.87.45.72 http://www-lg2m.univ-ubs.fr *
************************************************************************
* DATE: 24/02/2005 *
* $ *
* AUTEUR: G RIO (mailto:gerard.rio@univ-ubs.fr) *
* Tel 0297874571 fax : 02.97.87.45.72 *
* $ *
* PROJET: Herezh++ *
* $ *
************************************************************************
* BUT: La classe ElemPoint permet de declarer des elements *
* ElemPoint. *
* L'élément comporte un noeud qui est identique au point d'inté- *
* gration. *
* *
* '''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' * *
* VERIFICATION: *
* *
* ! date ! auteur ! but ! *
* ------------------------------------------------------------ *
* ! ! ! ! *
* $ *
* '''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' *
* MODIFICATIONS: *
* ! date ! auteur ! but ! *
* ------------------------------------------------------------ *
* $ *
************************************************************************/
#ifndef ELEM_POINT_H
#define ELEM_POINT_H
#include "ParaGlob.h"
#include "ElemMeca.h"
//#include "Loi_comp_abstraite.h"
#include "Met_abstraite.h"
#include "Met_ElemPoint.h"
#include "Noeud.h"
#include "UtilLecture.h"
#include "Tenseur.h"
#include "NevezTenseur.h"
#include "Deformation.h"
#include "ElFrontiere.h"
#include "GeomPoint.h"
#include "ParaAlgoControle.h"
#include "UmatAbaqus.h"
//class ConstrucElemPoint;
class ElemPoint : public ElemMeca
{
public :
// CONSTRUCTEURS :
// les tenseurs on par défaut (dimension==-1) la dimension de l'espace
// sinon il ont la dimension donnée
// Constructeur par defaut
ElemPoint (int dimension=-1);
// Constructeur fonction d'un numero de maillage et d'identification
ElemPoint (int num_mail,int num_id,int dimension=-1);
// Constructeur de copie
ElemPoint (const ElemPoint& elem);
// DESTRUCTEUR :
virtual ~ElemPoint ();
// création d'un élément de copie: utilisation de l'opérateur new et du constructeur de copie
// méthode virtuelle
Element* Nevez_copie() const { Element * el= new ElemPoint(*this); return el;};
// Surcharge de l'operateur = : realise l'egalite entre deux instances de ElemPoint
ElemPoint& operator= (ElemPoint& biel);
// METHODES :
// 1) derivant des virtuelles pures
// Lecture des donnees de la classe sur fichier
void LectureDonneesParticulieres (UtilLecture *,Tableau<Noeud *> * );
// Calcul du residu local et de la raideur locale,
// pour le schema implicite
Element::ResRaid Calcul_implicit (const ParaAlgoControle & pa);
// Calcul du residu local a t
// pour le schema explicit par exemple
Vecteur* CalculResidu_t (const ParaAlgoControle & pa)
{ return ElemPoint::CalculResidu(false,pa);};
// Calcul du residu local a tdt
// pour le schema explicit par exemple
Vecteur* CalculResidu_tdt (const ParaAlgoControle & pa)
{ return ElemPoint::CalculResidu(true,pa);};
// Calcul de la matrice masse pour l'élément
Mat_pleine * CalculMatriceMasse (Enum_calcul_masse id_calcul_masse) ;
// --------- calcul dynamique ---------
// calcul de la longueur d'arrête de l'élément minimal
// divisé par la célérité la plus rapide dans le matériau
double Long_arrete_mini_sur_c(Enum_dure )
{ return 0.;};
//------- calcul d'erreur, remontée des contraintes -------------------
// 1)calcul du résidu et de la matrice de raideur pour le calcul d'erreur
Element::Er_ResRaid ContrainteAuNoeud_ResRaid();
// 2) remontée aux erreurs aux noeuds
Element::Er_ResRaid ErreurAuNoeud_ResRaid();
// retourne les tableaux de ddl associés aux noeuds, gere par l'element
// ce tableau et specifique a l'element
const DdlElement & TableauDdl() const ;
// Libere la place occupee par le residu et eventuellement la raideur
// par l'appel de Libere de la classe mere et libere les differents tenseurs
// intermediaires cree pour le calcul et les grandeurs pointee
// de la raideur et du residu
void Libere ();
// acquisition d'une loi de comportement
void DefLoi (LoiAbstraiteGeneral * NouvelleLoi);
// test si l'element est complet
// = 1 tout est ok, =0 element incomplet
int TestComplet();
// procesure permettant de completer l'element apres
// sa creation avec les donnees du bloc transmis
// peut etre appeler plusieurs fois
Element* Complete(BlocGen & bloc,LesFonctions_nD* lesFonctionsnD);
// Compléter pour la mise en place de la gestion de l'hourglass
Element* Complet_Hourglass(LoiAbstraiteGeneral * NouvelleLoi, const BlocGen & bloc) {return this;};
// ramene l'element geometrique
ElemGeomC0& ElementGeometrique() const { return unefois->doCoMemb->ptpoint;};
// ramene l'element geometrique en constant
const ElemGeomC0& ElementGeometrique_const() const { return unefois->doCoMemb->ptpoint;};
// calcul d'un point dans l'élément réel en fonction des coordonnées dans l'élément de référence associé
// temps: indique si l'on veut les coordonnées à t = 0, ou t ou tdt
// 1) cas où l'on utilise la place passée en argument
Coordonnee & Point_physique(const Coordonnee& c_int,Coordonnee & co,Enum_dure temps);
// 3) cas où l'on veut les coordonnées aux 1, 2 ou trois temps selon la taille du tableau t_co
void Point_physique(const Coordonnee& c_int,Tableau <Coordonnee> & t_co);
// affichage dans la sortie transmise, des variables duales "nom"
// dans le cas ou nom est vide, affichage de "toute" les variables
void AfficheVarDual(ofstream& sort, Tableau<string>& nom);
// affichage d'info en fonction de ordre
// ordre = "commande" : affichage d'un exemple d'entree pour l'élément
void Info_com_Element(UtilLecture * entreePrinc,string& ordre,Tableau<Noeud *> * tabMaillageNoeud)
{ return Element::Info_com_El(2,entreePrinc,ordre,tabMaillageNoeud);};
// retourne un numero d'ordre d'un point le plus près ou est exprimé la grandeur enum
// par exemple un point d'intégration, mais n'est utilisable qu'avec des méthodes particulières
// par exemple CoordPtInteg, ou Valeur_a_diff_temps
// car le numéro d'ordre peut-être différent du numéro d'intégration au sens classique
// temps: dit si c'est à 0 ou t ou tdt
int PointLePlusPres(Enum_dure ,Enum_ddl , const Coordonnee& )
{ return 1;}; // ici c'est uniquement le point de l'élément
// recuperation des coordonnées du point de numéro d'ordre iteg pour
// la grandeur enu
// temps: dit si c'est à 0 ou t ou tdt
// si erreur retourne erreur à true
Coordonnee CoordPtInteg(Enum_dure temps,Enum_ddl enu,int iteg,bool& erreur);
// récupération des valeurs au numéro d'ordre = iteg pour
// les grandeur enu
// absolue: indique si oui ou non on sort les tenseurs dans la base absolue ou une base particulière
Tableau <double> Valeur_a_diff_temps(bool absolue,Enum_dure enu_t,const List_io<Ddl_enum_etendu>& enu,int iteg) ;
// récupération des valeurs au numéro d'ordre = iteg pour les grandeurs enu
// ici il s'agit de grandeurs tensorielles, le retour s'effectue dans la liste
// de conteneurs quelconque associée
// absolue: indique si oui ou non on sort les tenseurs dans la base absolue ou une base particulière
void ValTensorielle_a_diff_temps(bool absolue,Enum_dure enu_t,List_io<TypeQuelconque>& enu,int iteg);
// ramene vrai si la surface numéro ns existe pour l'élément
// dans le cas de la ElemPoint il n'y a pas de surface
bool SurfExiste(int ) const
{ return false;};
// ramene vrai si l'arête numéro na existe pour l'élément
// dans le cas de la ElemPoint il n'y a pas d'arrête
bool AreteExiste(int ) const
{ return false;};
//============= spécifique à l'interface abaqus ============
// on associe un noeud à l'élément, remplace le noeud existant, s'il existe déjà
virtual void Associer_noeud (Noeud * noeu);
// une classe de travail spécifiques
class inNeNpti
{ public: int* incre; // numéro d'incrément
int* step; // numéro du step
int* nbe; // numéro d'élément
int* nbpti; // numéro du point d'intégration
double* temps_tdt; // temps courant
double* delta_t; // incrément courant de temps
string* nom_loi; // nom de la loi
};
// lecture des grandeurs umat transmises par abaqus sur le pipe
static const ElemPoint::inNeNpti& Lecture_Abaqus(bool utilisation_umat_interne)
{unefois_Point.doCoMemb->umatAbaqus.LectureDonneesUmat
(utilisation_umat_interne,ParaGlob::NiveauImpression());return unefois_Point.doCoMemb->inne;};
// récup du inNeNpti en cours
static const ElemPoint::inNeNpti& IncreElemPtint_encours() {return unefois_Point.doCoMemb->inne;};
// écriture du résultat sur le pipe
void Ecriture_Abaqus(bool utilisation_umat_interne)
{unefois->doCoMemb->umatAbaqus.EcritureDonneesUmat
(utilisation_umat_interne,ParaGlob::NiveauImpression());};
// calcul de l'UMat pour abaqus
void CalculUmatAbaqus(ParaAlgoControle & pa);
// initialisation éventuelle: ajout de point d'intégration si nécessaire
// les tenseurs ont la dimension 3
virtual void InitialisationUmatAbaqus()
{InitialisationUmatAbaqus_interne(3);};
// récup du nombre de fois où l'élément est appelé depuis le début
// de l'incrément. Correspond environ au nombre d'itération
int NbIteration() const {return nb_appelsCalculUmat;};
//============= lecture écriture dans base info ==========
// cas donne le niveau de la récupération
// = 1 : on récupère tout
// = 2 : on récupère uniquement les données variables (supposées comme telles)
void Lecture_base_info
(ifstream& ent,const Tableau<Noeud *> * tabMaillageNoeud,const int cas) ;
// cas donne le niveau de sauvegarde
// = 1 : on sauvegarde tout
// = 2 : on sauvegarde uniquement les données variables (supposées comme telles)
void Ecriture_base_info(ofstream& sort,const int cas) ;
// METHODES VIRTUELLES:
// --------- calculs utils dans le cadre de la recherche du flambement linéaire
// Calcul de la matrice géométrique et initiale
ElemMeca::MatGeomInit MatricesGeometrique_Et_Initiale (const ParaAlgoControle & pa) ;
// inactive les ddl du problème primaire de mécanique
inline void Inactive_ddl_primaire()
{ElemMeca::Inact_ddl_primaire(unefois->doCoMemb->tab_ddl);};
// active les ddl du problème primaire de mécanique
inline void Active_ddl_primaire()
{ElemMeca::Act_ddl_primaire(unefois->doCoMemb->tab_ddl);};
// ajout des ddl de contraintes pour les noeuds de l'élément
inline void Plus_ddl_Sigma()
{ElemMeca::Ad_ddl_Sigma(unefois->doCoMemb->tab_ddlErr);};
// inactive les ddl du problème de recherche d'erreur : les contraintes
inline void Inactive_ddl_Sigma()
{ElemMeca::Inact_ddl_Sigma(unefois->doCoMemb->tab_ddlErr);};
// active les ddl du problème de recherche d'erreur : les contraintes
inline void Active_ddl_Sigma()
{ElemMeca::Act_ddl_Sigma(unefois->doCoMemb->tab_ddlErr);};
// active le premier ddl du problème de recherche d'erreur : SIGMA11
inline void Active_premier_ddl_Sigma()
{ElemMeca::Act_premier_ddl_Sigma();};
// lecture de données diverses sur le flot d'entrée
void LectureContraintes(UtilLecture * entreePrinc);
// retour des contraintes en absolu retour true si elle existe sinon false
bool ContraintesAbsolues(Tableau <Vecteur>& tabSig);
// 2) derivant des virtuelles
// retourne un tableau de ddl element, correspondant à la
// composante de sigma -> SIG11, pour chaque noeud qui contiend
// des ddl de contrainte
// -> utilisé pour l'assemblage de la raideur d'erreur
inline DdlElement& Tableau_de_Sig1() const
{return unefois->doCoMemb->tab_Err1Sig11;} ;
// actualisation des ddl et des grandeurs actives de t+dt vers t
void TdtversT();
// actualisation des ddl et des grandeurs actives de t vers tdt
void TversTdt();
// calcul de l'erreur sur l'élément. Ce calcul n'est disponible
// qu'une fois la remontée aux contraintes effectuées sinon aucune
// action. En retour la valeur de l'erreur sur l'élément
// type indique le type de calcul d'erreur :
void ErreurElement(int type,double& errElemRelative
,double& numerateur, double& denominateur);
// ========= définition et/ou construction des frontières ===============
// Calcul des frontieres de l'element
// creation des elements frontieres et retour du tableau de ces elements
// la création n'a lieu qu'au premier appel
// ou lorsque l'on force le paramètre force a true
// dans ce dernier cas seul les frontière effacées sont recréée
Tableau <ElFrontiere*> const & Frontiere(bool force = false);
// ramène la frontière point
// éventuellement création des frontieres points de l'element et stockage dans l'element
// si c'est la première fois sinon il y a seulement retour de l'elements
// a moins que le paramètre force est mis a true
// dans ce dernier cas la frontière effacéee est recréée
// num indique le numéro du point à créer (numérotation EF)
// ElFrontiere* const Frontiere_points(int num,bool force = false);
// ramène la frontière linéique
// éventuellement création des frontieres linéique de l'element et stockage dans l'element
// si c'est la première fois et en 3D sinon il y a seulement retour de l'elements
// a moins que le paramètre force est mis a true
// dans ce dernier cas la frontière effacéee est recréée
// num indique le numéro de l'arête à créer (numérotation EF)
// ElFrontiere* const Frontiere_lineique(int num,bool force = false);
// ramène la frontière surfacique
// éventuellement création des frontieres surfacique de l'element et stockage dans l'element
// si c'est la première fois sinon il y a seulement retour de l'elements
// a moins que le paramètre force est mis a true
// dans ce dernier cas la frontière effacéee est recréée
// num indique le numéro de la surface à créer (numérotation EF)
// ici normalement la fonction ne doit pas être appelée
// ElFrontiere* const Frontiere_surfacique(int ,bool force = false);
// 3) methodes propres a l'element
// ajout du tableau specific de ddl des noeuds de la ElemPoint
// la procedure met a jour les ddl(relatif a l'element, c-a-d Xi)
// des noeuds constituants l'element
void ConstTabDdl();
protected:
// ==== >>>> methodes virtuelles dérivant d'ElemMeca ============
// ramene la dimension des tenseurs contraintes et déformations de l'élément
int Dim_sig_eps() const {return 1;};
// -------------------- calcul de frontières en protected -------------------
// --- fonction nécessaire pour la construction des Frontières linéiques ou surfaciques particulière à l'élément
// adressage des frontières linéiques et surfacique
// définit dans les classes dérivées, et utilisées pour la construction des frontières
virtual ElFrontiere* new_frontiere_lin(int ,Tableau <Noeud *> & tab, DdlElement& ddelem)
{ return NULL;}; // il n'y a pas de ligne possible
virtual ElFrontiere* new_frontiere_surf(int ,Tableau <Noeud *> & tab, DdlElement& ddelem)
{return NULL;} // il n'y a pas de surface possible
public:
class DonneeCommune
{ public :
DonneeCommune (GeomPoint& pteg,DdlElement& tab,DdlElement& tabErr,DdlElement& tab_Err1Sig,
Met_ElemPoint& met_point,
Tableau <Vecteur *> & resEr,Mat_pleine& raidEr,
GeomPoint& pteEr,Vecteur& residu_int,Mat_pleine& raideur_int,
Tableau <Vecteur* > & residus_extN,Tableau <Mat_pleine* >& raideurs_extN,
Mat_pleine& mat_masse ,GeomPoint& pteMa,UmatAbaqus& umatAbaqus
,int dimension ,int nbi );
DonneeCommune(DonneeCommune& a);
~DonneeCommune();
// variables
GeomPoint ptpoint ; // element geometrique correspondant
DdlElement tab_ddl; // tableau des degres
//de liberte des noeuds de l'element commun a tous les
// elements
Met_ElemPoint met_ElemPoint;
Mat_pleine matGeom ; // matrice géométrique
Mat_pleine matInit ; // matrice initiale
Tableau <TenseurBB *> d_epsBB; // place pour la variation des def
Tableau <TenseurHH *> d_sigHH; // place pour la variation des contraintes
Tableau < Tableau2 <TenseurBB *> > d2_epsBB; // variation seconde des déformations
// calcul d'erreur
DdlElement tab_ddlErr; // tableau des degres servant pour le calcul
// d'erreur : contraintes
DdlElement tab_Err1Sig11; // tableau du ddl SIG11 pour chaque noeud,
//servant pour le calcul d'erreur : contraintes, en fait pour l'assemblage
Tableau <Vecteur *> resErr; // residu pour le calcul d'erreur
Mat_pleine raidErr; // raideur pour le calcul d'erreur
GeomPoint pteEr; // contiend les fonctions d'interpolation et
// les derivees pour le calcul du hessien dans
//la résolution de la fonctionnelle d'erreur
// -------- calcul de résidus, de raideur : interne ou pour les efforts extérieurs ----------
// on utilise des pointeurs pour optimiser la place (même place pointé éventuellement)
Vecteur residu_interne;
Mat_pleine raideur_interne;
Tableau <Vecteur* > residus_externeN; // pour les noeuds
Tableau <Mat_pleine* > raideurs_externeN; // pour les noeuds
// ------ données concernant la dynamique --------
Mat_pleine matrice_masse;
GeomPoint pteMas; // contiend les fonctions d'interpolation et les dérivées
// pour les calculs relatifs au calcul de la masse
// -- particularités pour la routine Umat pour Abaqus
UmatAbaqus umatAbaqus;
inNeNpti inne; // indices pointant directement sur des données de umatAbaqus
};
// classe contenant tous les indicateurs statique qui sont modifiés une seule fois
// et un pointeur sur les données statiques communes
// la classe est interne, toutes les variables sont publique. Un pointeur sur une instance de la
// classe est défini. Son allocation est effectuée dans les classes dérivées
class UneFois
{ public :
UneFois () ; // constructeur par défaut
~UneFois () ; // destructeur
// VARIABLES :
public :
DonneeCommune * doCoMemb;
// incicateurs permettant de dimensionner seulement au premier passage
// utilise dans "CalculResidu" et "Calcul_implicit"
int CalResPrem_t; int CalResPrem_tdt; // à t ou à tdt
int CalimpPrem;
int dualSortbiel; // pour la sortie des valeurs au pt d'integ
int CalSMlin_t; // pour les seconds membres concernant les arretes
int CalSMlin_tdt; // pour les seconds membres concernant les arretes
int CalSMRlin; // pour les seconds membres concernant les arretes
int CalDynamique; // pour le calcul de la matrice de masse
int CalPt_0_t_tdt; // pour le calcul de point à 0 t et tdt
// ---------- sauvegarde du nombre d'élément en cours --------
int nbelem_in_Prog;
};
// ------------------------------------------------------------------------------------
protected :
// VARIABLES PROTÉGÉES :
// pour minimiser la place on définit une classe des contraintes et déformations locale
// dans le cas de l'umat, l'instance de la classe n'est pas affectée
// grandeurs aux points d'intégration: contraintes, déformations, vitesses de def etc.
LesPtIntegMecaInterne lesPtMecaInt;
// le nombre de point d'intégration pour le calcul mécanique
int nbi; // ce nombre peux évoluer pendant le calcul, il n'est donc pas
// commun à tous les éléments
//-- cas de l'utilisation Umat
int nb_appelsCalculUmat; // stocke le nombre de fois où l'élément est appelé depuis le début
// de l'incrément. Correspond environ au nombre d'itération
// place memoire commune a tous les elements ElemPoints
static DonneeCommune * doCo_Point;
// idem mais pour les indicateurs qui servent pour l'initialisation
static UneFois unefois_Point;
// on utilise une variable intermédiaire car on a des classes dérivées
// du coup pour différencier les données communes, on utilise une variable spécifique
// qui donc ne peut pas être static
UneFois * unefois;
// type structuré pour construire les éléments
class NombresConstruire
{ public:
NombresConstruire();
int nbne; // le nombre de noeud de l'élément
int nbiEr; // le nombre de point d'intégration pour le calcul d'erreur
int nbiMas; // le nombre de point d'intégration pour le calcul de la matrice masse consistante
};
static NombresConstruire nombre_V; // les nombres propres à l'élément
// --- fonctions protégées
// fonction d'initialisation servant au niveau du constructeur
// dim_tenseur: = la dimension des tenseurs
void Init (int dim_tenseur);
// construction de données communes: correspond à un new
DonneeCommune* Def_DonneeCommune(int dim_tenseur);
// destructions de certaines grandeurs pointées, créées au niveau de l'initialisation
void Destruction();
// changement du nombre de point d'intégration
void ChangeNombrePtinteg(int nevez_nbi, int dim_tens);
// pour l'ajout d'element dans la liste : listTypeElemen, geree par la class Element
class ConstrucElemPoint : public ConstrucElement
{ public : ConstrucElemPoint ()
{ NouvelleTypeElement nouv(POINT,CONSTANT,MECA_SOLIDE_DEFORMABLE,this);
if (ParaGlob::NiveauImpression() >= 4)
cout << "\n initialisation ElemPoint" << endl;
Element::listTypeElement.push_back(nouv);
};
Element * NouvelElement(int num_maill,int num) // un nouvel élément sans rien
{Element * pt;
pt = new ElemPoint (num_maill,num) ;
return pt;};
// ramene true si la construction de l'element est possible en fonction
// des variables globales actuelles: ex en fonction de la dimension
bool Element_possible() {return true;};
};
static ConstrucElemPoint construcElemPoint;
// Calcul du residu local a t ou tdt en fonction du booleen
Vecteur* CalculResidu (bool atdt,const ParaAlgoControle & pa);
//------- pour des classes dérivées ------
// CONSTRUCTEURS :
// les tenseurs on par défaut (dimension==-1) la dimension de l'espace
// sinon il ont la dimension donnée
ElemPoint (ElemPoint::UneFois& unefois, Enum_geom nouveau_id, int dimension=-1);
// Constructeur fonction d'un numero de maillage et d'identification
ElemPoint (ElemPoint::UneFois& unefois, Enum_geom nouveau_id, int num_mail,int num_id,int dimension=-1);
// initialisation éventuelle: ajout de point d'intégration si nécessaire
// les tenseurs on par défaut (dimension==-1) la dimension de l'espace
// utilisation par Point et les classes dérivées
void InitialisationUmatAbaqus_interne(int dimension = -1);
};
#endif