槍擊鋼化玻璃放射紋、放射末梢紋痕跡分析

梁 帥 胡 萌 歐陽巍嘉 郭思磊

（1 鐵道警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系 河南 鄭州 450053；2 31056部隊(duì) 北京 100035；3 冠縣公安局 山東 聊城 252500）

1 引言

在偵查、反恐防控、治安管理工作中，經(jīng)常會(huì)遇見案件中鋼化玻璃破碎問題，這就要求對鋼化玻璃破碎裂紋進(jìn)行分析，確定打擊方向、分析作用方式等，為案件的偵破提供線索。在實(shí)際鑒定工作中，基層辦案民警對玻璃破碎的認(rèn)識(shí)和研究比較片面，不成系統(tǒng)，在現(xiàn)場勘查中，單純利用表觀特征分析作用方式、作用方向，玻璃破碎裂紋特征的利用率極低。因此，對槍擊鋼化玻璃破碎痕跡的分析具有現(xiàn)實(shí)意義。本文針對槍擊鋼化玻璃形成的放射紋、放射末梢紋的分析，以此確定射擊速度、作用方式、作用距離、作用角度等是現(xiàn)實(shí)迫切的需要，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

國外主要通過實(shí)驗(yàn)方法、解析方法和數(shù)值模擬方法對玻璃破碎問題進(jìn)行研究。研究成果只是集中在研究玻璃的安全性、可靠性和玻璃毀傷效應(yīng)等方面[1]。關(guān)于玻璃破碎裂紋分析和槍擊鋼化玻璃破碎裂紋特征則鮮有文獻(xiàn)涉及此類的研究和探討。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

孫冬、戴林等主要通過實(shí)驗(yàn)法制作普通玻璃破碎樣本，分析擊穿和切向裂紋與鋼珠直徑、拋射速度及玻璃厚度之間的相關(guān)性；分析擊穿與形態(tài)特征之間的相關(guān)性[2]。初期設(shè)定700m/s、400 m/s 、300 m/s、100 m/s、70m/s 、50 m/s、30 m/s速度條件下進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)裂紋特征，得出在槍擊100m/s以上和拋擊70m/s以下形成的玻璃破碎裂紋特征表象差異較大，易于區(qū)分，理論已經(jīng)趨于成熟；并建立了不同客體、不同速度、不同厚度玻璃破碎裂紋的樣本庫；確定了不同厚度玻璃破碎裂紋的臨界特征。

楊通、李磊通過實(shí)驗(yàn)對54式手槍、77式手槍、81式步槍彈著痕跡進(jìn)行觀察和分析，分析了這些槍支在平紋棉布、帆布、遮光布和綢緞上彈著痕跡的特征，以及紡織物彈孔痕跡與槍支種類之間的相關(guān)性[3]。

目前，研究主要集中于確定普通平板玻璃破碎裂紋的臨界特征，為區(qū)分拋擊和槍擊普通平板玻璃提供數(shù)據(jù)支撐，分析確定不同客體射擊速度與普通玻璃破碎裂紋的線性關(guān)系；對于鋼化玻璃破碎裂紋與拋射物速度的研究仍缺乏系統(tǒng)性，特別是拋射物速度在 40～200m/s 范圍內(nèi)，射擊鋼化玻璃破碎裂紋形態(tài)變化規(guī)律的研究基本處于空白。

3 鋼化玻璃的應(yīng)力分布

鋼化玻璃又稱為安全玻璃，是通過物理或化學(xué)的方法，在玻璃表面形成壓應(yīng)力層，而內(nèi)部為拉應(yīng)力，鋼化玻璃的應(yīng)力分布（見圖1），在玻璃厚度方向上呈拋物線型[4]。

圖1 物理鋼化玻璃的應(yīng)力分布

當(dāng)鋼化玻璃承受彎曲負(fù)載時(shí)，鋼化玻璃上層壓應(yīng)力逐漸增大，拉應(yīng)力小，力的合成作用，在鋼化玻璃中最大的拉應(yīng)力不在鋼化玻璃表面而移向鋼化玻璃板中心[5]。鋼化玻璃抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大很多倍，所以在同一的彎曲負(fù)載作用下，鋼化玻璃并不會(huì)產(chǎn)生破裂。無論受到何種載荷作用，應(yīng)力最集中的區(qū)域，最大拉應(yīng)力超過鋼化玻璃的屈服極限，裂紋就會(huì)擴(kuò)展并導(dǎo)致鋼化玻璃斷裂。

4 實(shí)驗(yàn)材料與方法

4.1 實(shí)驗(yàn)材料

轉(zhuǎn)輪槍，92式、64式、54式手槍，79式?jīng)_鋒槍，81式步槍，小口徑短彈步槍、小口徑長彈步槍；300×300×5mm鋼化玻璃，透明貼膜，噴霧器，鋼化玻璃固定架；單反相機(jī)[6]108。

4.2 實(shí)驗(yàn)方法

取同一批次表面應(yīng)力基本一致的鋼化玻璃若干，將透明貼膜貼在鋼化玻璃上，制作鋼化玻璃實(shí)驗(yàn)樣本[6]108。使用不同種類槍支對同品牌、同工藝、同一批次的鋼化玻璃在近距離條件下進(jìn)行射擊，制作不同槍種的槍擊鋼化玻璃樣本。由于射擊距離較近，空氣介質(zhì)對于槍彈阻力減速的作用可以忽略不計(jì)，所以假定彈頭以初速度狀態(tài)撞擊玻璃，彈頭動(dòng)能為射擊鋼化玻璃的彈著初始動(dòng)能。

本次實(shí)驗(yàn)所使用槍支的初速度及初始動(dòng)能的槍支特征數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 槍支的特征數(shù)據(jù)

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

當(dāng)鋼化玻璃受槍擊沖擊波載荷作用時(shí)，入射面形成圓環(huán)形徑向張應(yīng)力區(qū)，自由面則形成切向張應(yīng)力區(qū)，由于力的合成作用以及玻璃微弱的彎曲變形，張應(yīng)力區(qū)逐漸向自由面表面移動(dòng)。當(dāng)鋼化玻璃受沖擊發(fā)生變形加大，使得張應(yīng)力區(qū)不斷靠近玻璃自由面，當(dāng)張應(yīng)力區(qū)到達(dá)自由面后同槍支沖擊作用所產(chǎn)生的張應(yīng)力區(qū)結(jié)合超過玻璃斷裂極限，這時(shí)玻璃就會(huì)破碎斷裂。

槍擊鋼化玻璃時(shí)，以末梢紋前沿為裂紋源，鋼化玻璃受內(nèi)應(yīng)力的作用，裂紋源開始擴(kuò)展分叉，如果內(nèi)拉應(yīng)力大，原始裂紋將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展形成分支，并且延續(xù)到整塊鋼化玻璃4個(gè)邊框形成放射紋，放射紋在放射末梢紋之外[7]。

5.1 不同槍支彈頭動(dòng)能與放射末梢紋數(shù)量的相關(guān)性分析

槍擊鋼化玻璃，鋼化玻璃同時(shí)受機(jī)械載荷和沖擊波載荷作用，在層裂形成的同時(shí)，可以形成十幾到幾十條末梢紋，放射末梢紋為彈頭貫穿鋼化玻璃時(shí)在彈孔四周分布的紋線[8]。

對小口徑短彈步槍、轉(zhuǎn)輪槍、小口徑長彈步槍、64式手槍、92式手槍、54式手槍、79式?jīng)_鋒槍、81式步槍，槍擊鋼化玻璃中彈孔周圍的放射末梢紋進(jìn)行觀察并統(tǒng)計(jì)分析，不同槍支槍擊鋼化玻璃放射末梢紋特征（見圖2～9）。

圖2 小口徑短彈步槍

圖3 轉(zhuǎn)輪槍

圖4 小口徑長彈步槍

圖5 64式手槍

圖6 92式手槍

圖7 54式手槍

圖8 79式?jīng)_鋒槍

圖9 81式步槍

小口徑短彈步槍、轉(zhuǎn)輪槍彈頭動(dòng)能＜10Nm，放射末梢紋數(shù)量較少，密度大，近似可以看作無放射末梢紋，全部擴(kuò)展到鋼化玻璃的邊緣；小口徑長彈步槍、64式手槍、92式手槍、54式手槍、79式?jīng)_鋒槍、81式步槍彈頭動(dòng)能＞10Nm，這時(shí)槍擊鋼化玻璃產(chǎn)生放射末梢紋，其中小口徑長彈步槍、64式手槍的彈頭動(dòng)能＜25Nm，形成的放射末梢紋數(shù)量較多、密度稀疏、紋線較短且規(guī)則；92式手槍、54式手槍、79式?jīng)_鋒槍、81式步槍彈頭動(dòng)能≥50Nm，彈頭動(dòng)能較大，形成的放射末梢紋數(shù)量更多、密度細(xì)密、紋線較長且規(guī)則。

通過對不同槍支槍擊鋼化玻璃形成的放射末梢紋數(shù)量分析：不同槍種彈頭動(dòng)能不同，放射末梢紋特征也不同，隨著槍擊鋼化玻璃的彈頭動(dòng)能增加，放射末梢紋紋線數(shù)量增多，密度越來越密，紋線長度越來越長。由此，我們可以依據(jù)槍擊鋼化玻璃形成的放射末梢紋的數(shù)量、密度、長度和形態(tài)，基本確定槍支彈頭的大致動(dòng)能區(qū)間，初步確定槍支種類。

5.2 槍支射擊方向與放射末梢紋前沿形態(tài)的相關(guān)性分析

不同槍種槍擊鋼化玻璃時(shí)，放射末梢紋斷口形態(tài)統(tǒng)一呈柱面，在彈孔附近的斷面粗糙，并附有少量條狀紋，而在前沿附近則是比較平滑的鏡面。前沿處形態(tài)不受槍支射擊動(dòng)能的影響，具有規(guī)律性、方向性：前沿形態(tài)統(tǒng)一為入口側(cè)長、出口側(cè)短[9]，箭頭方向即為射擊方向（見圖10）。

圖10 放射末梢紋前沿形態(tài)與射擊方向示意圖

槍擊鋼化玻璃形成的放射末梢紋斷口形態(tài)特征（見圖11），通過觀察放射末梢紋的前沿形態(tài)，來判斷槍支作用玻璃的射擊方向。放射末梢紋的前沿形態(tài)與玻璃厚度方向平行，此時(shí)前沿形態(tài)長的一側(cè)為入口側(cè)，前沿形態(tài)短的一側(cè)為出口側(cè)，射擊方向由入口側(cè)指向出口側(cè)，故垂直指向紙面的方向?yàn)樯鋼舴较颉?/p>

由于槍擊鋼化玻璃形成的放射末梢紋比較細(xì)密，不像槍擊普通平板玻璃時(shí)能夠產(chǎn)生斷面明顯的放射末梢紋，故在涉槍案件中玻璃破碎痕跡的檢驗(yàn)與鑒定中要細(xì)致觀察放射末梢紋前沿形態(tài)的特征，根據(jù)放射末梢紋的前沿形態(tài)可以判斷槍支的射擊方向。

5.3 不同槍支彈頭動(dòng)能與放射紋數(shù)量的相關(guān)性分析

槍擊鋼化玻璃樣本中閉合圓環(huán)區(qū)內(nèi)部放射紋數(shù)量特征標(biāo)示（見圖12），黑色加粗虛線圓環(huán)繞過的紋線為閉合圓環(huán)區(qū)內(nèi)部的放射紋，我們以黑色圓點(diǎn)處所在的放射紋為基點(diǎn)，以順時(shí)針方向環(huán)繞黑色虛線圓環(huán)逐根查取放射紋線數(shù)量，統(tǒng)計(jì)不同動(dòng)能區(qū)間轉(zhuǎn)輪槍、小口徑短彈步槍、64式手槍、小口徑長彈步槍、92式手槍、54式手槍、79式?jīng)_鋒槍、81式步槍槍擊鋼化玻璃樣本的放射紋紋線數(shù)量，對紋線數(shù)量進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在每種槍種的4組數(shù)據(jù)中選擇高度相關(guān)的3組數(shù)據(jù)（見表2）。

圖11 放射末梢紋的斷口形態(tài)特征圖

圖12 閉合圓環(huán)區(qū)內(nèi)部放射紋數(shù)量特征標(biāo)示

表2 閉合圓環(huán)區(qū)內(nèi)部的放射紋條數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

轉(zhuǎn)輪槍槍彈彈頭速度為200m/s，彈頭動(dòng)能為9.2Nm，其放射紋數(shù)量基本固定在83條左右；小口徑短彈步槍槍彈彈頭速度為210m/s，彈頭動(dòng)能為5.6Nm，其放射紋數(shù)量基本固定在84條左右；小口徑長彈步槍槍彈彈頭速度為310m/s，彈頭動(dòng)能為12.7Nm，其放射紋數(shù)量固定在98條左右；64式手槍槍彈彈頭速度為305m/s，彈頭動(dòng)能為22.8Nm，其放射紋數(shù)量基本固定在102條左右；54式手槍槍彈彈頭速度為420m/s，彈頭動(dòng)能為49.5m/s，其放射紋數(shù)量基本固定在105條左右；92式手槍槍彈彈頭速度為350m/s，彈頭動(dòng)能為50Nm，其放射紋數(shù)量基本固定在106條左右；79式?jīng)_鋒槍槍彈彈頭速度為515m/s，彈頭動(dòng)能為74.4Nm，其放射紋數(shù)量基本固定在116條左右；81式步槍槍彈彈頭速度為720m/s，彈頭動(dòng)能為209Nm，其放射紋數(shù)量基本固定在120條左右。

其中54式手槍與79式?jīng)_鋒槍統(tǒng)一配用51式手槍彈，其槍支彈頭是完全相同的，但是槍支彈頭初始速度不同，所以槍支彈頭動(dòng)能也就不同。故放射紋的數(shù)量僅僅與槍支彈頭動(dòng)能相對應(yīng)，由此可以建立槍支彈頭動(dòng)能與放射紋條數(shù)的相關(guān)性。54式手槍槍彈彈頭動(dòng)能為49.5Nm，其放射紋數(shù)量基本固定在105條左右；79式?jīng)_鋒槍槍彈彈頭動(dòng)能為72.9Nm，其放射紋數(shù)量基本固定在116條左右。基于此，可以確定槍支彈頭動(dòng)能越大，放射紋數(shù)量越多。所以，我們可以假設(shè)放射紋的數(shù)量與彈頭動(dòng)能具有正相關(guān)的關(guān)系。

通過比對表格中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，小口徑長彈步槍、64式手槍、92式手槍、54式手槍、79式?jīng)_鋒槍、81式步槍彈頭動(dòng)能與放射紋數(shù)量符合上述規(guī)律：槍擊鋼化玻璃形成的放射紋數(shù)量與彈頭動(dòng)能具有正相關(guān)的關(guān)系。而對于轉(zhuǎn)輪槍與小口徑短彈步槍來說，產(chǎn)生的放射紋數(shù)量在動(dòng)能變化區(qū)間內(nèi)變動(dòng)不大，基本固定在83～84條左右。

我們可以通過下面理論解釋這一現(xiàn)象：槍支彈頭沖擊鋼化玻璃時(shí)，沖擊波的應(yīng)力強(qiáng)度與彈頭動(dòng)能具有正相關(guān)的關(guān)系。彈頭動(dòng)能較低時(shí)，在彈孔四周形成的裂紋源基本相同，產(chǎn)生的放射紋數(shù)量在動(dòng)能變化區(qū)間內(nèi)變動(dòng)不大；當(dāng)彈頭動(dòng)能較大時(shí)，隨著彈頭動(dòng)能變大，應(yīng)力波的強(qiáng)度隨之變大，產(chǎn)生的縱波振幅及駐波波幅變大，鋼化玻璃的破壞更加嚴(yán)重，在彈孔四周形成的列裂紋源增加，從裂紋源沿著最大張應(yīng)力的擴(kuò)展放射紋條數(shù)增加。

通過槍支彈頭動(dòng)能與放射紋數(shù)量的相關(guān)性分析：當(dāng)彈頭動(dòng)能較低時(shí)（10Nm以下），放射紋數(shù)量基本不變；當(dāng)彈頭動(dòng)能較高時(shí)，彈頭動(dòng)能的變化，使鋼化玻璃裂紋特征中的放射紋產(chǎn)生變化，槍擊鋼化玻璃形成的放射紋數(shù)量與彈頭動(dòng)能具有正相關(guān)的關(guān)系。由此根據(jù)玻璃破碎放射紋的紋線數(shù)量，確定發(fā)射槍支的彈頭動(dòng)能，更加精準(zhǔn)確定發(fā)射槍支種類。

6 結(jié)論

本文研究總結(jié)槍擊鋼化玻璃放射紋、放射末梢紋形態(tài)和數(shù)量等特征，根據(jù)放射末梢紋的前沿形態(tài)確定槍支彈頭的射擊方向；依據(jù)槍擊鋼化玻璃形成的放射末梢紋的數(shù)量、密度和長度，基本確定槍支彈頭的大致動(dòng)能區(qū)間，初步確定槍支種類；根據(jù)放射紋的數(shù)量，基本確定發(fā)射槍支的彈頭動(dòng)能，更加精準(zhǔn)確定發(fā)射槍支種類；為涉槍玻璃破碎案件中槍種的確定提供一種識(shí)別方法。