Создание и применение так называемых умных, многофункциональных и гибридных материалов является одним из актуальных направлений современного материаловедения. В работе приведены результаты механических испытаний, исследований микроструктуры, оценки электрофизических свойств, а также стохастического моделирования разрушения образцов из бетонного композита, модифицированного переработанным вторичным сырьем в виде восстановленного оксида графена. Работы проведены с целью создания материалов повышенной прочности и с заданной электропроводностью. Дан обзор исследований в области создания и моделирования процессов разрушения гибридных материалов. Приведены подходы к оценке напряженного состояния и обосновано применение концепции зоны предразрушения и структурного размера для описания процессов разрушения в квазихрупких материалах. Показано, что высокие прочностные свойства и электропроводность графена позволяют существенно улучшить характеристики гибридного композита при незначительной концентрации модификатора. Образцы для испытаний были изготовлены с добавлением 0,2 и 0,5 мас.% оксида графена. Для исследования структуры и состава использовались электронная сканирующая растровая микроскопия и инфракрасная спектроскопия. Механические испытания показали, что добавление восстановленного оксида графена вызывает увеличение прочности на 48 % при содержании всего 0,5 мас.% оксида графена и снижение электрического сопротивления до 550-600 Ом, при этом снятие нагрузки восстанавливает прежние значения проводимости. Установлено, что модификация бетона графеном улучшает как электрические, так и механические характеристики. Подобные гибридные материалы могут быть применены в системах мониторинга состояния конструкций, самонагревающихся элементах, при заземлении электроопор, с целью повышения надежности и безопасности эксплуатации энергетических комплексов и технических систем в экстремальных климатических условиях Арктики и Субарктики.
The development and application of “smart”, multifunctional, and hybrid materials are among the most significant areas of modern materials science. This article presents the results of mechanical testing, microstructural analysis, evaluation of electrophysical properties, and stochastic modeling of the failure of samples made from a concrete composite reinforced with recycled secondary materials in the form of reduced graphene oxide. The aim of this work was to create materials with increased strength and a given electrical conductivity. An overview of research on the creation and modeling of failure processes in hybrid materials is provided. Approaches for assessing stress states are presented, and the use of the concept of the pre-fracture zone and structural scale to describe failure processes in quasi-brittle materials is justified. It has been shown that the high strength and electrical conductivity properties of graphene can significantly enhance the characteristics of a hybrid composite material with a low concentration of modifier. Concrete samples were prepared with graphene oxide mass fractions of 0.2% and 0.5%. Structural and chemical characterizations were conducted via scanning electron microscopy and infrared spectroscopy. Mechanical testing demonstrated that the inclusion of reduced graphene oxide at 0.5% concentration increased strength by 48% and decreased electrical resistance to 550-600 ohms, with conductivity values reverting to baseline upon load removal. These findings suggest that graphene modification significantly enhances the electrical and mechanical performance of concrete composites. Therefore, these hybrid materials hold considerable potential for use in structural health monitoring systems, self heating elements, grounding electrodes, and for improving the reliability and safety of energy infrastructure and engineering systems, especially those functioning in harsh Arctic and Subarctic environments.

Для широкого применения полиэтиленовых труб при строительстве газопроводов в регионах очень холодного климата необходима разработка оперативной технологии сварки с целью выполнения ремонтно-восстановительных работ без использования теплых укрытий. Предлагается технология оперативной электромуфтовой сварки полиэтиленовых труб при низких температурах на открытом воздухе с управляемой кристаллизацией материала сварного шва. Сокращение времени выполнения соединения достигается предварительным подогревом с помощью закладного нагревателя и выравнивания температур путем свободного охлаждения. Расчет температурного режима сварки методом конечных элементов показал, что при последующем нагреве по режиму сварки в нормальных условиях объем расплава соответствует объему расплава сварки при допустимой температуре воздуха. Для соблюдения режима кристаллизации расплава полиэтилена в условиях низких температур, характерных для сварки при допустимых температурах воздуха, предлагается изменение мощности нагревателя по времени. Для определения временной зависимости мощности закладного нагревателя, обеспечивающей соответствующую кристаллизацию материала сварного шва и зоны термического влияния, решена обратная задача теплопроводности методом градиентной минимизации функционала. На основе решения несвязанной термоупругой задачи с использованием программного средства Dolfin/FEniCS проведен сравнительный анализ влияния распределений температур на сварочные напряжения при сварке по предлагаемой и стандартной технологиям. Расчетами показано, что при сварке с управляемой кристаллизацией напряжения между трубой и муфтой находятся в допустимом диапазоне. Исследования с помощью растрового электронного микроскопа JEOL JSM-7800F надмолекулярных структурных образований в материале зоны термического влияния показали, что предлагаемая технология управляемой кристаллизации обеспечивает формирование в зоне термического влияния сферолитов с размерами, характерными для сварки в нормальных условиях.
To promote the widespread use of polyethylene pipes in constructing gas pipelines in cold climates, it is essential to develop a welding technology that enables repair and restoration without the need for heated shelters. This article investigates the operational electrofusion welding of polyethylene pipes at low temperatures in open air, focusing on controlling the crystallization of the weld material.To reduce the time required for making a joint in low temperatures, we propose using a preheating method using an embedded heater, followed by equalizing temperatures through free cooling. Calculations of the welding temperature regime, performed using the finite element method, indicate that subsequent heating, according to the welding parameters under standard conditions, results in a melt volume that corresponds to the weld melt volume at acceptable air temperatures.To maintain the appropriate crystallization conditions for the polyethylene melt during welding in low-temperature environments, we suggest varying the heater power over time. To determine the time dependence of the embedded heater’s power required for proper crystallization of the weld material and heat-affected zone, we solve the inverse problem of thermal conductivity through the gradient minimization of the functional.Using Dolfin/FEniCS software, we conducted a comparative analysis of temperature distributions and their effects on welding stresses during the implementation of the proposed method versus standard technology. Our calculations demonstrate that when utilizing controlled crystallization, the stresses between the pipe and coupling remain within permissible limits. Studies conducted with a JEOL JSM-7800F scanning electron microscope on supramolecular structural formations in the heat-affected zone revealed that the proposed controlled crystallization technique enables the formation of spherulites in the heat-affected zone, with sizes comparable to those observed in welding under normal conditions.

Тепловизионная технология, или инфракрасная термография (ИКТ), за последние годы стала важным инструментом для неинвазивного изучения различных физиологических процессов у животных, состояния их здоровья и поведенческих реакций. Метод позволяет регистрировать распределение поверхностной температуры тела, что дает возможность бесконтактно оценивать терморегуляцию, уровень стресса, наличие воспалительных процессов и некоторые адаптационные механизмы животных. Часто данный подход применяется при разнообразных физических нагрузках животных в условиях, где важна способность организма поддерживать температурный гомеостаз, включая негативное влияние комплекса факторов окружающей среды. Кроме того, метод применяется в некоторых исследованиях, посвященных анализу поведенческих реакций у разных видов животных, таких как социальное взаимодействие и адаптация к изменению климата. В данной статье рассматриваются современные подходы к использованию тепловизионной технологии в научных исследованиях в разных направлениях по изучению как домашних, так и диких видов млекопитающих. Показано, что ИКТ может быть эффективно использована в комплексе с другими методами диагностики и наблюдения, что делает ее ценным инструментом не только в биомедицинских, но и экологических и физиологических исследованиях. Также рассмотрены перспективы развития данной технологии, включая интеграцию с беспилотниками, системами искусственного интеллекта и мобильными приложениями. Дальнейшие разработки в области стандартизации протоколов проведения данных исследований по изучению специфичных реакций организма животных в различных условиях, несомненно, будут способствовать развитию как фундаментальных, так и прикладных исследований и помогут расширить применение тепловизионных технологий, в частности, в коневодстве.
Thermal imaging technology, commonly referred to as infrared thermography (IRT), has become a valuable non-invasive method for investigating various physiological processes, health conditions, and behavioral responses in animals. This method enables the recording of surface body temperature distribution, allowing for contactless assessment of thermoregulation, stress levels, inflammatory processes, and certain adaptive mechanisms in animals. IRT is frequently used to monitor animals during physical activities under conditions where maintaining thermal homeostasis is critical, including exposure to complex environmental stressors. Moreover, it is used in studies examining behavioral responses across diverse animal species, such as social interactions and adaptation to climate change. This article reviews modern approaches and applications of thermal imaging technology in research involving both domestic and wild mammal species. It highlights the effective integration of IRT with other diagnostic and observational methods, making it a valuable tool not only in biomedical research but also in environmental and physiological studies. Additionally, the article discusses future prospects for this technology, including its integration with unmanned aerial vehicles (drones), artificial intelligence systems, and mobile platforms. Progress in standardizing research protocols for assessing specific physiological responses in animals under various conditions is expected to enhance both fundamental and applied research. These developments will also promote the wider use of thermal maging technologies, particularly in horse breeding.

Приведены результаты экспериментальных исследований по установлению влияния знакопеременного температурного воздействия на энергоемкость разрушения образцов доломита трубки "Интернациональная" и известняков карьера "Мохсоголлох" в нивальных условиях, при насыщении их растворами солей (NaCl) различных концентраций. Концентрация соли в растворе составляла от 0-20 %. Исследования выявили, что после пяти циклов замораживания-оттаивания в нивальной среде без содержания в растворе соли (0 %), энергозатраты на разрушение доломита трубки "Интернациональная" снижаются на 6 %. С увеличением концентрации соли в растворе энергоемкость разрушения образцов доломита повышается вплоть до первоначальных значений, соответствующих исходным показателям разрушения (без воздействия циклов). Энергоемкость разрушения образцов известняка карьера "Мохсоголлох" под действием пяти циклов замораживания-оттаивания в нивальных условиях максимально снижается на 15 %, при любом содержании соли в растворе. В отличие от доломита трубки "Интернациональная" влияние концентрации соли в растворе на энергоемкость разрушения образцов известняка карьера "Мохсоголлох" не выявлено. Установлено, что нивальные условия выветривания в меньшей степени воздействуют на образцы исследованных пород, чем аквальные.
This article presents the findings of experimental investigations conducted to assess the influence of alternating temperature variations on the energy consumption associated with the destruction of dolomite samples from the Internatsionalnaya pipe and limestone samples from the Mokhsogolloh quarry. The evaluations were carried out under nival conditions, involving exposure to varying concentrations of sodium chloride (NaCl) solutions, with salt concentrations ranging from 0% to 20%. The findings reveal that after five freeze-thaw cycles in a nival environment, the energy required for the destruction of dolomite from the Internatsionalnaya pipe decreased by 6% in the absence of salt (0% concentration). However, as the concentration of salt in the solution increased, the energy necessary for the destruction of the dolomite samples escalated to levels comparable to those recorded prior to the freeze-thaw cycles. In contrast, the energy required for the degradation of limestone samples from the Mokhsogolloh quarry decreased by a maximum of 15% after five freeze-thaw cycles, regardless of the salt concentration present in the solution. Thus, unlike the dolomite from the Internatsionalnaya pipe, the influence of salt concentration on the energy intensity of limestone destruction from the Mokhsogolloh quarry was not observed. Furthermore, it was concluded that nival weathering conditions have a lesser effect on the examined rock samples compared to aquatic conditions.

Подмерзлотные водоносные горизонты характеризуются низкими пластовыми температурами и давлениями, близкими к условным гидростатистическим, что позволяет их рассматривать в качестве геологических формаций для организации подземных хранилищ газа в гидратном состоянии. Для проектирования таких подземных хранилищ газа требуется проведение экспериментальных исследований гидратообразования в пористых средах. В настоящей работе рассматриваются подмерзлотные водоносные горизонты Вилюйской синеклизы, где зона стабильности гидратов охватывает меловые и юрские отложения, которые представляют собой терригенно-глинистые толщи. На условия гидратообразования влияют свойства пористой среды: минералогический и гранулометрический состав, плотность, пористость и влажность, наличие органических и неорганических примесей, в особенности глин. Следовательно, исследование гидратообразования в глинистых грунтах – это важная составляющая, которая будет основой для создания подземных хранилищ газа. Для изучения термобарических условий гидратообразования использовался метод дифференциального термического анализа. Образцы пористых сред представляли собой глинистые грунты с различной влажностью в диапазоне от 15 до 40 %. Обнаружено, что в грунтах с влажностью 20 % и более формируется механическая смесь гидратов практически чистого метана и газа с более высокой молекулярной массой. Установлено, что при повышении влажности глинистых грунтов кинетические характеристики гидратообразования снижаются. На основе проведенного исследования можно заключить, что для организации подземных хранилищ газа в гидратном состоянии подходят пористые среды, в которых глинистые прослои обладают минимальной влажностью
Subpermafrost aquifers are distinguished by their low stratum temperatures and pressures that approximate conventional hydrostatic pressures, rendering them suitable geological formations for the organization of underground gas storage facilities in a hydrate state. The design of such facilities requires the execution of experimental studies focused on hydrate formation within porous media. This paper examines the subpermafrost aquifers located in the Vilyui syneclise, where the hydrate stability zone covers Cretaceous and Jurassic deposits, specifically terrigenous-clayey strata. The mineralogical and granulometric composition, density, porosity, and moisture content, along with the presence of clays in the porous medium, influence the conditions conducive to hydrate formation. Therefore, the investigation of hydrate formation in clayey soils is a critical component that will support the development of underground gas storage facilities. To analyze the thermobaric conditions associated with hydrate formation, the method of differential thermal analysis was employed. The samples of porous media comprised clayey soils with varying moisture content, ranging from 15% to 40%. The results indicate that in soils with a moisture content of 20% or greater, a mechanical mixture of hydrates consisting of nearly pure methane and gases with higher molecular weights is produced. Additionally, it was observed that an increase in the moisture content of clay soils correlates with a decrease in the kinetic characteristics of hydrate formation. Based on the conducted research, it can be concluded that porous media characterized by clay layers with minimal moisture content are optimal for the establishment of underground gas storage facilities in a hydrated state

Нарушение устойчивости открытого ствола скважины в процессе наклонно-направленного и горизонтального бурений является критической проблемой, способной привести к аварийным ситуациям и значительным экономическим потерям. Одним из ключевых способов предотвращения обрушения стенок скважин является тщательный подбор плотности бурового раствора на основе геомеханического моделирования. Целью данного исследования является сравнительный анализ влияния наиболее используемых критериев разрушения (Кулона-Мора, Друккера-Прагера, Хука-Брауна, Моджи-Кулона и Ладе) на расчет плотности бурового раствора, обеспечивающего устойчивость скважины. В работе проводится одномерное геомеханическое моделирование в программном комплексе "РН-СИГМА 2.0" с использованием каротажных данных (плотность, интервальные времена продольных и поперечных волн) для пяти скважин из открытых источников. Рассчитаны профили геостатического и порового давлений, динамические и статические упругие свойства (модуль Юнга и коэффициент Пуассона), прочностные свойства (пределы прочности на одноосное сжатие и растяжение, угол внутреннего трения), а также горизонтальные напряжения по пороупругой модели. Результаты расчетов показали, что выбор критерия разрушения оказывает существенное влияние на величину плотности бурового раствора, необходимого для предотвращения обрушения стенок скважин. Минимальные значения плотности получены при использовании критерия Ладе, а максимальные - критериев Хука-Брауна и Друккера-Прагера. Классический линейный критерий Кулона-Мора показал средние значения плотности. Эти различия обусловлены разной математической формулировкой критериев и учетом ими различных механизмов разрушения горных пород. Полученные результаты указывают на необходимость тщательного выбора критерия разрушения, соответствующего литологии и механическим свойствам конкретных интервалов горных пород.
The instability of an open wellbore during directional and horizontal drilling is a critical issue that can lead to emergencies and significant economic losses. One of the key methods to prevent wellbore collapse is the careful selection of drilling fluid density based on geomechanical modeling. The objective of this study is a comparative analysis of the influence of the most commonly used failure criteria (Coulomb-Mohr, Drucker-Prager, Hoek-Brown, Mohr-Coulomb, and Lade) on the calculation of drilling fluid density required to ensure wellbore stability. The work involves one-dimensional geomechanical modeling using the RN-SIGMA 2.0 software package with logging data (density, interval transit times of longitudinal and transverse waves) from five wells obtained from open sources. We calculated profiles of geostatic and pore pressures, dynamic and static elastic properties (Young’s modulus and Poisson’s ratio), strength properties (uniaxial compressive and tensile strength limits, internal friction angle), as well as horizontal stresses according to a poroelastic model. The results showed that the choice of failure criterion significantly affects the required drilling fluid density to prevent wellbore collapse. The lowest density values were obtained using the Lade criterion, while the highest values corresponded to the Hoek-Brown and Drucker-Prager criteria. The classical linear Coulomb-Mohr criterion yielded intermediate density values. These differences are due to different mathematical formulations of the criteria and their consideration of various rock failure mechanisms. The findings indicate the necessity of carefully selecting a failure criterion appropriate for the lithology and mechanical properties of specific rock intervals.