淺析槍擊鋼化玻璃切向、環(huán)形裂紋痕跡

包 清，梁 帥

（1．上海市公安局刑事偵查總隊(duì)，上海200083；2．鐵道警察學(xué)院，河南鄭州450053）

鑒定實(shí)踐
Forensic Practice

淺析槍擊鋼化玻璃切向、環(huán)形裂紋痕跡

包 清1，梁 帥2

（1．上海市公安局刑事偵查總隊(duì)，上海200083；2．鐵道警察學(xué)院，河南鄭州450053）

目的 與普通玻璃相比，鋼化玻璃由于其出色的性能和安全性得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，對(duì)于槍擊鋼化玻璃所形成的裂紋痕跡的研究也就有了實(shí)際意義。方法 使用不同型號(hào)的槍支在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，進(jìn)行了一系列槍擊鋼化玻璃的實(shí)驗(yàn)，觀察其裂紋出現(xiàn)的位置與形態(tài)。結(jié)果 發(fā)現(xiàn)槍擊鋼化玻璃后出現(xiàn)一個(gè)完整閉合圓環(huán)區(qū)的頻率高，并且通過(guò)直觀觀察發(fā)現(xiàn)閉合圓環(huán)區(qū)的裂紋位置與子彈速度與槍支型號(hào)等因素?zé)o關(guān)，而取決于彈著點(diǎn)在整個(gè)玻璃平面的位置，并使用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS進(jìn)行了驗(yàn)證并確認(rèn)該裂紋的曲率半徑與子彈速度、彈頭質(zhì)量無(wú)顯著相關(guān)性，而與彈著點(diǎn)的位置參數(shù)具有顯著的線性相關(guān)。結(jié)論 可利用殘缺的玻璃裂紋的曲率半徑推算出彈著點(diǎn)和槍擊角度與位置。

鋼化玻璃；閉合圓環(huán)區(qū)；裂紋曲率半徑

1 引言

玻璃制品是一種生活中非常常見的物品，槍擊玻璃痕跡對(duì)于涉及槍支的刑事案件來(lái)說(shuō)是一種比較常見的痕跡特征，隨著鋼化玻璃的普及，對(duì)于鋼化玻璃槍擊痕跡的研究也變得越來(lái)越具有實(shí)際意義。與槍擊普通玻璃形成的痕跡相比，槍擊鋼化玻璃形成的痕跡特征既有相似之處也有不同之處。

鋼化玻璃又可以稱為安全玻璃，從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一種通過(guò)理化方法改變?cè)胁ＡУ膽?yīng)力分布規(guī)律而制成的一種內(nèi)應(yīng)力玻璃。其玻璃表面為壓應(yīng)力，內(nèi)層為拉應(yīng)力，應(yīng)力隨著厚度近似呈拋物線分布。由于玻璃所能承受的最大壓應(yīng)力是最大拉應(yīng)力的幾十乃至上百倍，所以玻璃的破壞形式以拉應(yīng)力破壞為主[1]，經(jīng)過(guò)鋼化后的玻璃，當(dāng)玻璃承受外力時(shí)首先抵消表層應(yīng)力，從而提高了承載能力，尤其是對(duì)于彎曲變形來(lái)說(shuō)其外表面在變形過(guò)程中承擔(dān)了最大的拉應(yīng)力，所以鋼化玻璃對(duì)于彎曲變形有著顯著的更好耐受性。鋼化玻璃由于其內(nèi)部拉應(yīng)力大，在發(fā)生損壞時(shí)裂紋在內(nèi)部傳播的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表層，隨著局部發(fā)生破損，便會(huì)發(fā)生應(yīng)力釋放，玻璃表層向被破損處膨脹，而內(nèi)層卻從破損處向內(nèi)收縮，迅速崩裂下一個(gè)個(gè)小碎塊，這個(gè)小塊加大了破損邊界，進(jìn)而導(dǎo)致了更多崩裂小塊，直到整塊玻璃全部破裂成小的碎片，表面形成類似蝴蝶斑的裂紋[2]。

2 切向、環(huán)形裂紋定義及現(xiàn)有機(jī)理解釋

槍擊玻璃裂紋中的切向裂紋指的是以彈孔為中心，以某一長(zhǎng)度為半徑的環(huán)狀或是圓弧狀裂紋。環(huán)形裂紋則是以彈孔為中心的封閉的類圓形裂紋。這種裂紋的形成機(jī)理現(xiàn)有的解釋主要是：玻璃受到載荷作用在自由面形成斷口，放射性裂紋擴(kuò)展的同時(shí)，由于每?jī)蓷l放射裂紋之間的玻璃介質(zhì)均可視為自由端，該處的玻璃受到?jīng)_擊發(fā)生向沖擊方向的彎曲變形，在玻璃表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)玻璃表面承受的拉應(yīng)力超過(guò)其材料的強(qiáng)度極限時(shí)，玻璃將沿著該半徑從入射面開始斷裂，形成環(huán)形裂紋[3]。但有時(shí)受到?jīng)_擊玻璃的物體尺寸的影響，圓環(huán)在圓周上的拉應(yīng)力分布不均勻，所以只在其超過(guò)玻璃強(qiáng)度極限處形成一小段切向裂紋。玻璃一旦形成切向或環(huán)狀裂紋后其能量被大量釋放，在其他圓環(huán)上形成的拉應(yīng)力就不可能超過(guò)其強(qiáng)度極限，因此通常只出現(xiàn)一個(gè)環(huán)形裂紋。現(xiàn)有機(jī)理對(duì)于環(huán)形切向裂紋的解釋是從玻璃受到外力引發(fā)其形變，在形變過(guò)程中表面承受最大的拉應(yīng)力，當(dāng)其超過(guò)玻璃的強(qiáng)度極限時(shí)即發(fā)生斷裂形成了切向或是環(huán)形的裂紋，一旦裂紋形成就無(wú)法再形成新的切向或是環(huán)形裂紋，現(xiàn)有機(jī)理的解釋從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)認(rèn)為該裂紋完全是由機(jī)械形變?cè)斐傻摹?/p>

3 材料與方法

3．1 材料

54式手槍、64式手槍、92式手槍、79式?jīng)_鋒槍、小口徑步槍（短彈）以及小口徑步槍（長(zhǎng)彈）。同品牌、同工藝、同一批次的規(guī)格為30cm×30cm的鋼化玻璃。

3．2 方法

使用各種槍支對(duì)同品牌、同工藝、同一批次的規(guī)格為30 cm×30 cm的鋼化玻璃在距離為5 m的條件下進(jìn)行射擊，由于射擊距離較近，空氣介質(zhì)對(duì)于子彈減速的作用可以忽略不計(jì)，所以假定彈頭以初速度撞擊玻璃。射擊完畢后，將破碎后的玻璃復(fù)原拼接，以彈孔的中心為基準(zhǔn)點(diǎn)分別作兩條與玻璃平行的直線相交于玻璃的邊界處，記錄下這四個(gè)點(diǎn)到彈孔中心的距離為R1。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后可以發(fā)現(xiàn)，在大量的樣本中出現(xiàn)了兩個(gè)封閉的環(huán)形裂紋，其中一個(gè)半徑很小離彈孔較近各處曲率半徑差異小，另一個(gè)距離彈孔處較遠(yuǎn)各處曲率半徑差異較大。本次實(shí)驗(yàn)研究的主要對(duì)象是遠(yuǎn)離彈孔曲率半徑差異大的環(huán)形裂紋，這兩條直線與子彈打擊玻璃后形成的完整的裂紋環(huán)形成四個(gè)交點(diǎn)，記錄下這四個(gè)交點(diǎn)處彈孔與圓弧形成的曲率半徑為R2。本次實(shí)驗(yàn)所使用的槍支的槍彈質(zhì)量、初速度及彈徑等槍支信息（見表1），不同槍支R1、R2實(shí)驗(yàn)值記錄（見表2），部分實(shí)驗(yàn)的圖例（見圖1～8）。使用每種不同類型的槍支射擊共計(jì)6塊玻璃，挑選出其中形成的環(huán)形裂紋最為清晰的4塊玻璃進(jìn)行測(cè)量，將每塊玻璃測(cè)得的4個(gè)R1、R2的值按照對(duì)應(yīng)的順序填入表格。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在總計(jì)42塊槍擊鋼化玻璃的樣本中，除去轉(zhuǎn)輪槍的6塊始終不出現(xiàn)清晰完整的環(huán)形裂紋以外，其余的36塊玻璃樣本中共計(jì)出現(xiàn)環(huán)形裂紋的個(gè)數(shù)為29，環(huán)形裂紋的出現(xiàn)率在不計(jì)轉(zhuǎn)輪槍的情況下為83.3%。

圖1 92式閉合圓環(huán)區(qū)圖片1

圖2 92式閉合圓環(huán)區(qū)圖片2

圖392式閉合圓環(huán)區(qū)圖片1

圖492 式閉合圓環(huán)區(qū)圖片2

圖579式閉合圓環(huán)區(qū)圖片1

圖679 式閉合圓環(huán)區(qū)圖片2

圖781式閉合圓環(huán)區(qū)圖片1

圖879 式閉合圓環(huán)區(qū)圖片2

表1 不同型號(hào)槍支槍彈質(zhì)量初速度及口徑

表2 不同型號(hào)槍支R1、R2實(shí)驗(yàn)值

4 分析與討論

使用SPSS軟件對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，先分析環(huán)形裂紋半徑R2與速度及彈頭重量的關(guān)系，對(duì)于一塊玻璃來(lái)說(shuō)，使用四個(gè)R2的均值作為統(tǒng)計(jì)量來(lái)衡量其與速度及彈頭重量的關(guān)系，結(jié)果見表3。

表3 平均裂紋半徑與速度彈頭關(guān)系

根據(jù)表3的分析可知F=0.192，Sig=0.962，所以不同的速度、彈頭重對(duì)于統(tǒng)計(jì)量R2來(lái)說(shuō)沒有顯著性的影響。從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)，幾乎所有玻璃的平均曲率半徑都在70 mm附近，不論槍支的速度、彈頭質(zhì)量變化，該值相當(dāng)穩(wěn)定。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)R1與R2之間有著明顯的正相關(guān)現(xiàn)象，R1始終隨著R2的大小變化發(fā)生同向的變化，并且在一定的區(qū)間內(nèi)R1與R2之間的變化量大致相當(dāng)。假設(shè)R1與其相對(duì)應(yīng)的R2之間存在著線性關(guān)系，在R1的區(qū)間在（120，180）內(nèi)使用SPSS軟件對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見表4～5。

表4 54式手槍相關(guān)性

表5 79式?jīng)_鋒槍相關(guān)性

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果各個(gè)不同型號(hào)槍支的皮爾遜系數(shù)都在0.7以上，可以認(rèn)為，所有的因變量R2與自變量R1之間均存在著良好的線性關(guān)系。Sig的值均在0.05以下說(shuō)明所有的線性結(jié)果都有顯著性，皮爾遜系數(shù)有意義。在線性區(qū)間內(nèi)R2的增量與R1的增量的比值近似為1，這意味著線性系數(shù)接近于1。對(duì)于這一現(xiàn)象可以采用類似槍擊喇叭口層裂區(qū)形成的機(jī)理來(lái)加以解釋。當(dāng)玻璃遭受到?jīng)_擊波時(shí)，縱波的振動(dòng)以球面波的形式傳播出去，在沿著玻璃厚度的方向上第一個(gè)波振面在遇到自由面反射后與第二個(gè)波疊加后產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)了玻璃的強(qiáng)度極限，所以玻璃被層層拉斷形成層裂。球面波在沿著玻璃厚度傳播的同時(shí)也會(huì)沿著玻璃表面向四周傳播，當(dāng)其遇到玻璃的邊界時(shí)反射，與之后到達(dá)的波振面振動(dòng)疊加，導(dǎo)致玻璃發(fā)生斷裂形成切向裂紋與環(huán)形裂紋。所以，R2的形成是由玻璃的規(guī)格尺寸所決定的，當(dāng)彈孔距離四邊的距離不相等時(shí)就會(huì)產(chǎn)生四邊各不相同的曲率半徑的裂紋。對(duì)于同一型號(hào)的槍支來(lái)說(shuō)兩個(gè)波之間的波程差是固定的，為（2×R2-R1）-R1=2×（R2-R1），與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在線性區(qū)間內(nèi)R2的增量與R1的增量的比值近似為1相吻合。對(duì)于轉(zhuǎn)輪手槍來(lái)說(shuō)由于其速度較低，形成的沖擊波能量小，所以不容易形成明顯的封閉環(huán)形裂紋。

5 結(jié)論

對(duì)于槍擊鋼化玻璃來(lái)說(shuō)，除了初速度較低的轉(zhuǎn)輪手槍以外，其余槍支大多會(huì)在彈孔周圍形成環(huán)形裂紋。其形成具有一定長(zhǎng)度的弧形裂紋的曲率半徑與彈頭的初速度及彈頭質(zhì)量之間并沒有顯著的相關(guān)性，但與玻璃的規(guī)格尺寸之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，受玻璃規(guī)格尺寸制約影響大，有著顯著的相關(guān)性。這為利用殘缺的玻璃彈孔位置進(jìn)一步判斷槍擊的位置及角度打下了基礎(chǔ)。

[1]鄭其雙，郭威.92式手槍發(fā)射9mm手槍彈擊穿5mm普通平板玻璃形成的裂紋實(shí)驗(yàn)研究[J].湖北警官學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，（2）：166-168.

[2]張石城.風(fēng)擋玻璃自爆裂紋與機(jī)械特征載荷裂紋區(qū)別[J].刑事技術(shù)，2009，（3）：47-48.

[3]戴林.特殊痕跡檢驗(yàn)[M].北京：警官教育出版社，1994：31-52.

（本文編輯：卞新偉）

鑒定綜述
Review

編者按：2016年正值《中國(guó)司法鑒定》創(chuàng)刊十五周年，我們將一如既往地努力承擔(dān)起促進(jìn)中國(guó)司法鑒定事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展的重任。為此，今年我們將繼續(xù)重點(diǎn)關(guān)注“鑒定綜述”欄目的發(fā)展，編輯部也擬邀請(qǐng)各專業(yè)知名專家、學(xué)者對(duì)本專業(yè)的已有研究予以梳理，對(duì)其從專業(yè)角度加以剖析，并就該專業(yè)未來(lái)發(fā)展走向進(jìn)行展望，以引領(lǐng)行業(yè)學(xué)術(shù)研究。雜志寄希望于通過(guò)今年此次活動(dòng)的開展，以期達(dá)到引領(lǐng)學(xué)術(shù)發(fā)展，防止專業(yè)的重復(fù)性、低水平研究的目的。作為第一期的開篇之作，我們邀請(qǐng)了司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所沈敏研究員、向平研究員以及公安部三所金波研究員分別就法醫(yī)毒物司法鑒定、電子數(shù)據(jù)司法鑒定專業(yè)的發(fā)展進(jìn)行綜述。在此，誠(chéng)請(qǐng)司法鑒定各其他專業(yè)的專家、學(xué)者能夠踴躍進(jìn)行賜稿，為各專業(yè)的發(fā)展、為雜志發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

Analysis of the Tangential and Annular Crack Traces of Toughened Glass Shot By Guns

BAO Qing1,LIANG Shuai2
(1.Criminal Investigation Corps of Shanghai Municipal Public Security Bureau,Shanghai 200083,China;
2.Railway Police College,Zhengzhou 450053,China)

Objective Due to its excellent performance and security compared with common glass，toughened glass has been used more and more widely．Therefore，studying the cracks of toughened glass shot by guns has practical significance．Method Different types of guns were used in the same experimental condition to shoot toughened glass，and the positions and forms of the cracks were analyzed．Results The form of complete closed circle appeared with a high frequency．It was observed that the closed circle area had nothing to do with bullet speed or gun type，but depended on the location of the impact area in the whole glass surface．Through statistical analysis，the curvature radius of the crack was proved to have no significant correlation with bullet’s warhead quality or speed．But it had a significant linear correlation with the parameter of bullet location．Conclusion The study has built a foundation for the future application of calculating positions and shooting angles from the crack impact area and curvature radius of broken glass．

toughened glass;complete closed circle;curvature radius of the crack

DF794．1

A

10．3969/j．issn．1671-2072．2016．01．007

1671-2072-（2016）01-0045-06

2015-06-23

包清（1989—），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事物證技術(shù)學(xué)研究。E-mail：2459083965@qq．com。