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1 : : // *****************************************************************************
2 : : /*!
3 : : \file src/PDE/EoS/GodunovRomenskiAluminum.hpp
4 : : \copyright 2012-2015 J. Bakosi,
5 : : 2016-2018 Los Alamos National Security, LLC.,
6 : : 2019-2021 Triad National Security, LLC.
7 : : All rights reserved. See the LICENSE file for details.
8 : : \brief Godunov-Romenski equation of state for solids
9 : : \details This file declares functions for the Godunov-Romenski equation of
10 : : state for solids and a hydro EoS for aluminum. These function were
11 : : taken from Barton, Philip T. "An interface-capturing Godunov method
12 : : for the simulation of compressible solid-fluid problems." Journal
13 : : of Computational Physics 390 (2019): 25-50.
14 : : */
15 : : // *****************************************************************************
16 : : #ifndef GodunovRomenskiAluminum_h
17 : : #define GodunovRomenskiAluminum_h
18 : :
19 : : #include "Data.hpp"
20 : :
21 : : namespace inciter {
22 : :
23 : : class GodunovRomenskiAluminum {
24 : :
25 : : private:
26 : : tk::real m_gamma, m_cv, m_mu, m_rho0;
27 : :
28 : : //! \brief Calculate elastic contribution to material energy from the
29 : : //! material density, and deformation gradient tensor
30 : : tk::real elasticEnergy(
31 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& defgrad,
32 : : std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& devH ) const;
33 : :
34 : : public:
35 : : //! Default constructor
36 : : GodunovRomenskiAluminum() = default;
37 : :
38 : : //! Constructor
39 : : GodunovRomenskiAluminum(tk::real gamma, tk::real cv, tk::real mu );
40 : :
41 : : //! Set rho0 EOS parameter; i.e. the initial density
42 : : void setRho0(tk::real rho0);
43 : :
44 : : //! Calculate density from the material pressure and temperature
45 : : tk::real density( tk::real pr,
46 : : tk::real temp ) const;
47 : :
48 : : //! Calculate pressure from the material density, momentum and total energy
49 : : tk::real pressure(
50 : : tk::real arho,
51 : : tk::real u,
52 : : tk::real v,
53 : : tk::real w,
54 : : tk::real arhoE,
55 : : tk::real alpha=1.0,
56 : : std::size_t imat=0,
57 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& defgrad={{}} ) const;
58 : :
59 : : //! \brief Calculate the elastic Cauchy stress tensor from the material
60 : : //! density, momentum, total energy, and inverse deformation gradient
61 : : //! tensor using the GodunovRomenskiAluminum equation of state
62 : : std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >
63 : : CauchyStress(
64 : : tk::real,
65 : : tk::real,
66 : : tk::real,
67 : : tk::real,
68 : : tk::real,
69 : : tk::real alpha,
70 : : std::size_t /*imat*/,
71 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& adefgrad ) const;
72 : :
73 : : //! Calculate speed of sound from the material density and material pressure
74 : : tk::real soundspeed(
75 : : tk::real arho,
76 : : tk::real apr,
77 : : tk::real alpha=1.0,
78 : : std::size_t imat=0,
79 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& adefgrad={{}},
80 : : const std::array< tk::real, 3 >& adefgradn={{}},
81 : : const std::array< tk::real, 3 >& asigman={{}} ) const;
82 : :
83 : : //! Calculate speed of shear waves
84 : : tk::real shearspeed(
85 : : tk::real arho,
86 : : tk::real alpha=1.0,
87 : : std::size_t imat=0 ) const;
88 : :
89 : : //! \brief Calculate material specific total energy from the material
90 : : //! density, momentum and material pressure
91 : : tk::real totalenergy(
92 : : tk::real rho,
93 : : tk::real u,
94 : : tk::real v,
95 : : tk::real w,
96 : : tk::real pr,
97 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& defgrad={{}} ) const;
98 : :
99 : : //! \brief Calculate material temperature from the material density, and
100 : : //! material specific total energy
101 : : tk::real temperature(
102 : : tk::real arho,
103 : : tk::real u,
104 : : tk::real v,
105 : : tk::real w,
106 : : tk::real arhoE,
107 : : tk::real alpha=1.0,
108 : : const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 3 >& defgrad={{}} ) const;
109 : :
110 : : //! Compute the minimum allowed pressure
111 : : tk::real min_eff_pressure(
112 : : tk::real min,
113 : : tk::real,
114 : : tk::real ) const;
115 : :
116 : : //! Compute the reference density
117 : : tk::real refDensity() const { return density(refPressure(), 300.0); }
118 : :
119 : : //! Compute the reference pressure
120 : : tk::real refPressure() const { return 1.0e5; }
121 : :
122 : : //! Return initial density
123 : 0 : tk::real rho0() const { return m_rho0; }
124 : :
125 : : /** @name Charm++ pack/unpack serializer member functions */
126 : : ///@{
127 : : //! \brief Pack/Unpack serialize member function
128 : : //! \param[in,out] p Charm++'s PUP::er serializer object reference
129 : : void pup( PUP::er &p ) /*override*/ {
130 : : p | m_gamma;
131 : : p | m_cv;
132 : : p | m_mu;
133 : : p | m_rho0;
134 : : }
135 : : //! \brief Pack/Unpack serialize operator|
136 : : //! \param[in,out] p Charm++'s PUP::er serializer object reference
137 : : //! \param[in,out] i GodunovRomenskiAluminum object reference
138 : : friend void operator|( PUP::er& p, GodunovRomenskiAluminum& i ) { i.pup(p); }
139 : : //@}
140 : : };
141 : :
142 : : } //inciter::
143 : :
144 : : #endif // GodunovRomenskiAluminum_h
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