]> Creatis software - CreaPhase.git/blobdiff - octave_packages/secs2d-0.0.8/Utilities/Uscharfettergummel3.m
Add a useful package (from Source forge) for octave
[CreaPhase.git] / octave_packages / secs2d-0.0.8 / Utilities / Uscharfettergummel3.m
diff --git a/octave_packages/secs2d-0.0.8/Utilities/Uscharfettergummel3.m b/octave_packages/secs2d-0.0.8/Utilities/Uscharfettergummel3.m
new file mode 100644 (file)
index 0000000..252cc4e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,290 @@
+function S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta)
+
+  ## -*- texinfo -*-
+  ##
+  ## @deftypefn {Function File} @
+  ## {@var{S}} = Uscharfettergummel3 (@var{mesh}, @var{alpha}, @
+  ## @var{gamma}, @var{eta}, @var{beta})
+  ##
+  ##
+  ## Builds the Scharfetter-Gummel matrix for the 
+  ## discretization of the LHS
+  ## of the equation:
+  ## 
+  ## @iftex 
+  ## @tex
+  ## $ -div ( \alpha  \gamma  ( \eta \vect{\nabla} u - \vect{beta} u )) = f $
+  ## @end tex 
+  ## @end iftex 
+  ## @ifinfo
+  ## -div (@var{alpha} * @var{gamma} (@var{eta} grad u - @var{beta} u )) = f
+  ## @end ifinfo
+  ## 
+  ## where: 
+  ## @itemize @minus
+  ## @item @var{alpha} is an element-wise constant scalar function
+  ## @item @var{eta}, @var{gamma} are piecewise linear conforming 
+  ## scalar functions
+  ## @item @var{beta}  is an element-wise constant vector function
+  ## @end itemize
+  ##
+  ## Instead of passing the vector field @var{beta} directly
+  ## one can pass a piecewise linear conforming scalar function
+  ## @var{phi} as the last input.  In such case @var{beta} = grad @var{phi}
+  ## is assumed.  If @var{phi} is a single scalar value @var{beta}
+  ## is assumed to be 0 in the whole domain.
+  ## 
+  ## Example:
+  ## @example
+  ## [mesh.p,mesh.e,mesh.t] = Ustructmesh([0:1/3:1],[0:1/3:1],1,1:4);
+  ## mesh = Umeshproperties(mesh);
+  ## x = mesh.p(1,:)';
+  ## Dnodes = Unodesonside(mesh,[2,4]);
+  ## Nnodes = columns(mesh.p); Nelements = columns(mesh.t);
+  ## Varnodes = setdiff(1:Nnodes,Dnodes);
+  ## alpha  = ones(Nelements,1); eta = .1*ones(Nnodes,1);
+  ## beta   = [ones(1,Nelements);zeros(1,Nelements)];
+  ## gamma  = ones(Nnodes,1);
+  ## f      = Ucompconst(mesh,ones(Nnodes,1),ones(Nelements,1));
+  ## S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta);
+  ## u = zeros(Nnodes,1);
+  ## u(Varnodes) = S(Varnodes,Varnodes)\f(Varnodes);
+  ## uex = x - (exp(10*x)-1)/(exp(10)-1);
+  ## assert(u,uex,1e-7)
+  ## @end example
+  ##
+  ## @seealso{Ucomplap, Ucompconst, Ucompmass2, Uscharfettergummel}
+  ## @end deftypefn
+
+
+  %% This file is part of 
+  %%
+  %%            SECS2D - A 2-D Drift--Diffusion Semiconductor Device Simulator
+  %%         -------------------------------------------------------------------
+  %%            Copyright (C) 2004-2006  Carlo de Falco
+  %%
+  %%
+  %%
+  %%  SECS2D 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 2 of the License, or
+  %%  (at your option) any later version.
+  %%
+  %%  SECS2D 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 SECS2D; If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+
+  Nnodes = columns(mesh.p);
+  Nelements = columns(mesh.t);
+  
+  alphaareak   = reshape (alpha.*sum( mesh.wjacdet,1)',1,1,Nelements);
+  shg     = mesh.shg(:,:,:);
+  
+  
+                               % build local Laplacian matrix  
+  
+  Lloc=zeros(3,3,Nelements);   
+  
+  for inode=1:3
+    for jnode=1:3
+      ginode(inode,jnode,:)=mesh.t(inode,:);
+      gjnode(inode,jnode,:)=mesh.t(jnode,:);
+      Lloc(inode,jnode,:)  = sum( shg(:,inode,:) .* shg(:,jnode,:),1)...
+         .* alphaareak;
+    end
+  end          
+  
+  
+  x      = mesh.p(1,:);
+  x      = x(mesh.t(1:3,:));
+  y      = mesh.p(2,:);
+  y      = y(mesh.t(1:3,:));
+  
+  if all(size(beta)==1)
+    v12=0;v23=0;v31=0;
+  elseif all(size(beta)==[2,Nelements])
+    v12    = beta(1,:) .* (x(2,:)-x(1,:)) + beta(2,:) .* (y(2,:)-y(1,:));
+    v23    = beta(1,:) .* (x(3,:)-x(2,:)) + beta(2,:) .* (y(3,:)-y(2,:));
+    v31    = beta(1,:) .* (x(1,:)-x(3,:)) + beta(2,:) .* (y(1,:)-y(3,:));
+  elseif all(size(beta)==[Nnodes,1])
+    betaloc = beta(mesh.t(1:3,:));
+    v12    = betaloc(2,:)-betaloc(1,:);
+    v23    = betaloc(3,:)-betaloc(2,:);
+    v31    = betaloc(1,:)-betaloc(3,:);
+  end
+  
+  etaloc = eta(mesh.t(1:3,:));
+  
+  eta12    = etaloc(2,:)-etaloc(1,:);
+  eta23    = etaloc(3,:)-etaloc(2,:);
+  eta31    = etaloc(1,:)-etaloc(3,:);
+  
+  etalocm1 = Utemplogm(etaloc(2,:),etaloc(3,:));
+  etalocm2 = Utemplogm(etaloc(3,:),etaloc(1,:));
+  etalocm3 = Utemplogm(etaloc(1,:),etaloc(2,:));
+  
+  gammaloc = gamma(mesh.t(1:3,:));
+  geloc      = gammaloc.*etaloc;
+  
+  gelocm1 = Utemplogm(geloc(2,:),geloc(3,:));
+  gelocm2 = Utemplogm(geloc(3,:),geloc(1,:));
+  gelocm3 = Utemplogm(geloc(1,:),geloc(2,:));
+  
+  [bp12,bm12] = Ubern( (v12 - eta12)./etalocm3);
+  [bp23,bm23] = Ubern( (v23 - eta23)./etalocm1);
+  [bp31,bm31] = Ubern( (v31 - eta31)./etalocm2);
+  
+  bp12 = reshape(gelocm3.*etalocm3.*bp12,1,1,Nelements).*Lloc(1,2,:);
+  bm12 = reshape(gelocm3.*etalocm3.*bm12,1,1,Nelements).*Lloc(1,2,:);
+  bp23 = reshape(gelocm1.*etalocm1.*bp23,1,1,Nelements).*Lloc(2,3,:);
+  bm23 = reshape(gelocm1.*etalocm1.*bm23,1,1,Nelements).*Lloc(2,3,:);
+  bp31 = reshape(gelocm2.*etalocm2.*bp31,1,1,Nelements).*Lloc(3,1,:);
+  bm31 = reshape(gelocm2.*etalocm2.*bm31,1,1,Nelements).*Lloc(3,1,:);
+  
+  Sloc(1,1,:) = (-bm12-bp31)./reshape(etaloc(1,:),1,1,Nelements);
+  Sloc(1,2,:) = bp12./reshape(etaloc(2,:),1,1,Nelements);
+  Sloc(1,3,:) = bm31./reshape(etaloc(3,:),1,1,Nelements);
+  
+  Sloc(2,1,:) = bm12./reshape(etaloc(1,:),1,1,Nelements);
+  Sloc(2,2,:) = (-bp12-bm23)./reshape(etaloc(2,:),1,1,Nelements); 
+  Sloc(2,3,:) = bp23./reshape(etaloc(3,:),1,1,Nelements);
+  
+  Sloc(3,1,:) = bp31./reshape(etaloc(1,:),1,1,Nelements);
+  Sloc(3,2,:) = bm23./reshape(etaloc(2,:),1,1,Nelements);
+  Sloc(3,3,:) = (-bm31-bp23)./reshape(etaloc(3,:),1,1,Nelements);
+  
+  S = sparse(ginode(:),gjnode(:),Sloc(:));
+
+endfunction
+  
+%!test 
+%! [mesh.p,mesh.e,mesh.t] = Ustructmesh([0:1/3:1],[0:1/3:1],1,1:4);
+%! mesh = Umeshproperties(mesh);
+%! x = mesh.p(1,:)';
+%! Dnodes = Unodesonside(mesh,[2,4]);
+%! Nnodes = columns(mesh.p); Nelements = columns(mesh.t);
+%! Varnodes = setdiff(1:Nnodes,Dnodes);
+%! alpha  = ones(Nelements,1); eta = .1*ones(Nnodes,1);
+%! beta   = [ones(1,Nelements);zeros(1,Nelements)];
+%! gamma  = ones(Nnodes,1);
+%! f      = Ucompconst(mesh,ones(Nnodes,1),ones(Nelements,1));
+%! S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta);
+%! u = zeros(Nnodes,1);
+%! u(Varnodes) = S(Varnodes,Varnodes)\f(Varnodes);
+%! uex = x - (exp(10*x)-1)/(exp(10)-1);
+%! assert(u,uex,1e-7)
+
+%!test 
+%! [mesh.p,mesh.e,mesh.t] = Ustructmesh([0:1/3:1],[0:1/3:1],1,1:4);
+%! mesh = Umeshproperties(mesh);
+%! x = mesh.p(1,:)';
+%! Dnodes = Unodesonside(mesh,[2,4]);
+%! Nnodes = columns(mesh.p); Nelements = columns(mesh.t);
+%! Varnodes = setdiff(1:Nnodes,Dnodes);
+%! alpha  = ones(Nelements,1); eta = .1*ones(Nnodes,1);
+%! beta   = x;
+%! gamma  = ones(Nnodes,1);
+%! f      = Ucompconst(mesh,ones(Nnodes,1),ones(Nelements,1));
+%! S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta);
+%! u = zeros(Nnodes,1);
+%! u(Varnodes) = S(Varnodes,Varnodes)\f(Varnodes);
+%! uex = x - (exp(10*x)-1)/(exp(10)-1);
+%! assert(u,uex,1e-7)
+
+%!test
+%! [mesh.p,mesh.e,mesh.t] = Ustructmesh([0:1/3:1],[0:1/3:1],1,1:4);
+%! mesh = Umeshproperties(mesh);
+%! x = mesh.p(1,:)';
+%! Dnodes = Unodesonside(mesh,[2,4]);
+%! Nnodes = columns(mesh.p); Nelements = columns(mesh.t);
+%! Varnodes = setdiff(1:Nnodes,Dnodes);
+%! alpha  = 10*ones(Nelements,1); eta = .01*ones(Nnodes,1);
+%! beta   = x/10;
+%! gamma  = ones(Nnodes,1);
+%! f      = Ucompconst(mesh,ones(Nnodes,1),ones(Nelements,1));
+%! S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta);
+%! u = zeros(Nnodes,1);
+%! u(Varnodes) = S(Varnodes,Varnodes)\f(Varnodes);
+%! uex = x - (exp(10*x)-1)/(exp(10)-1);
+%! assert(u,uex,1e-7)
+
+%!test
+%! [mesh.p,mesh.e,mesh.t] = Ustructmesh([0:1/3:1],[0:1/3:1],1,1:4);
+%! mesh = Umeshproperties(mesh);
+%! x = mesh.p(1,:)';
+%! Dnodes = Unodesonside(mesh,[2,4]);
+%! Nnodes = columns(mesh.p); Nelements = columns(mesh.t);
+%! Varnodes = setdiff(1:Nnodes,Dnodes);
+%! alpha  = 10*ones(Nelements,1); eta = .001*ones(Nnodes,1);
+%! beta   = x/100;
+%! gamma  = 10*ones(Nnodes,1);
+%! f      = Ucompconst(mesh,ones(Nnodes,1),ones(Nelements,1));
+%! S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta);
+%! u = zeros(Nnodes,1);
+%! u(Varnodes) = S(Varnodes,Varnodes)\f(Varnodes);
+%! uex = x - (exp(10*x)-1)/(exp(10)-1);
+%! assert(u,uex,1e-7)
+
+%!test
+%! [mesh.p,mesh.e,mesh.t] = Ustructmesh([0:1/1e3:1],[0:1/2:1],1,1:4);
+%! mesh = Umeshproperties(mesh);
+%! x = mesh.p(1,:)';
+%! Dnodes = Unodesonside(mesh,[2,4]);
+%! Nnodes = columns(mesh.p); Nelements = columns(mesh.t);
+%! Varnodes = setdiff(1:Nnodes,Dnodes);
+%! alpha  = 3*ones(Nelements,1); eta = x+1;
+%! beta   = [ones(1,Nelements);zeros(1,Nelements)];
+%! gamma  = 2*x;
+%! ff     = 2*(6*x.^2+6*x) - (6*x+6).*(1-2*x)+6*(x-x.^2);
+%! f      = Ucompconst(mesh,ff,ones(Nelements,1));
+%! S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta);
+%! u = zeros(Nnodes,1);
+%! u(Varnodes) = S(Varnodes,Varnodes)\f(Varnodes);
+%! uex = x - x.^2;
+%! assert(u,uex,5e-3)
+
+%!test
+%! [mesh.p,mesh.e,mesh.t] = Ustructmesh([0:1/1e3:1],[0:1/2:1],1,1:4);
+%! mesh = Umeshproperties(mesh);
+%! x = mesh.p(1,:)';
+%! Dnodes = Unodesonside(mesh,[2,4]);
+%! Nnodes = columns(mesh.p); Nelements = columns(mesh.t);
+%! Varnodes = setdiff(1:Nnodes,Dnodes);
+%! alpha  = ones(Nelements,1); eta = ones(Nnodes,1);
+%! beta   = 0;
+%! gamma  = x+1;
+%! ff     = 4*x+1;
+%! f      = Ucompconst(mesh,ff,ones(Nelements,1));
+%! S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta);
+%! u = zeros(Nnodes,1);
+%! u(Varnodes) = S(Varnodes,Varnodes)\f(Varnodes);
+%! uex = x - x.^2; 
+%! assert(u,uex,1e-7)
+
+%!test
+%! [mesh.p,mesh.e,mesh.t] = Ustructmesh([0:.1:1],[0:.1:1],1,1:4);
+%! mesh = Umeshproperties(mesh);
+%! x = mesh.p(1,:)';y = mesh.p(2,:)';
+%! Dnodes = Unodesonside(mesh,[1:4]);
+%! Nnodes = columns(mesh.p); Nelements = columns(mesh.t);
+%! Varnodes = setdiff(1:Nnodes,Dnodes);
+%! alpha  = ones(Nelements,1); diff = 1e-2; eta=diff*ones(Nnodes,1);
+%! beta   =[ones(1,Nelements);ones(1,Nelements)];
+%! gamma  = x*0+1;
+%! ux  = y.*(1-exp((y-1)/diff)) .* (1-exp((x-1)/diff)-x.*exp((x-1)/diff)/diff);
+%! uy  = x.*(1-exp((x-1)/diff)) .* (1-exp((y-1)/diff)-y.*exp((y-1)/diff)/diff);
+%! uxx = y.*(1-exp((y-1)/diff)) .* (-2*exp((x-1)/diff)/diff-x.*exp((x-1)/diff)/(diff^2));
+%! uyy = x.*(1-exp((x-1)/diff)) .* (-2*exp((y-1)/diff)/diff-y.*exp((y-1)/diff)/(diff^2));
+%! ff  = -diff*(uxx+uyy)+ux+uy;
+%! f   = Ucompconst(mesh,ff,ones(Nelements,1));
+%! S = Uscharfettergummel3(mesh,alpha,gamma,eta,beta);
+%! u = zeros(Nnodes,1);
+%! u(Varnodes) = S(Varnodes,Varnodes)\f(Varnodes);
+%! uex = x.*y.*(1-exp((x-1)/diff)).*(1-exp((y-1)/diff)); 
+%! assert(u,uex,1e-7)
+