淺析槍擊鋼化玻璃切向、環形裂紋痕跡

包 清，梁 帥

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

鑒定實踐
Forensic Practice

淺析槍擊鋼化玻璃切向、環形裂紋痕跡

包 清1，梁 帥2

（1．上海市公安局刑事偵查總隊，上海200083；2．鐵道警察學院，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越廣泛的應用，對于槍擊鋼化玻璃所形成的裂紋痕跡的研究也就有了實際意義。方法 使用不同型號的槍支在相同的實驗條件下，進行了一系列槍擊鋼化玻璃的實驗，觀察其裂紋出現的位置與形態。結果 發現槍擊鋼化玻璃后出現一個完整閉合圓環區的頻率高，并且通過直觀觀察發現閉合圓環區的裂紋位置與子彈速度與槍支型號等因素無關，而取決于彈著點在整個玻璃平面的位置，并使用統計軟件SPSS進行了驗證并確認該裂紋的曲率半徑與子彈速度、彈頭質量無顯著相關性，而與彈著點的位置參數具有顯著的線性相關。結論 可利用殘缺的玻璃裂紋的曲率半徑推算出彈著點和槍擊角度與位置。

鋼化玻璃；閉合圓環區；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，槍擊玻璃痕跡對于涉及槍支的刑事案件來說是一種比較常見的痕跡特征，隨著鋼化玻璃的普及，對于鋼化玻璃槍擊痕跡的研究也變得越來越具有實際意義。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，從實質上來說是一種通過理化方法改變原有玻璃的應力分布規律而制成的一種內應力玻璃。其玻璃表面為壓應力，內層為拉應力，應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力是最大拉應力的幾十乃至上百倍，所以玻璃的破壞形式以拉應力破壞為主[1]，經過鋼化后的玻璃，當玻璃承受外力時首先抵消表層應力，從而提高了承載能力，尤其是對于彎曲變形來說其外表面在變形過程中承擔了最大的拉應力，所以鋼化玻璃對于彎曲變形有著顯著的更好耐受性。鋼化玻璃由于其內部拉應力大，在發生損壞時裂紋在內部傳播的速度遠遠大于表層，隨著局部發生破損，便會發生應力釋放，玻璃表層向被破損處膨脹，而內層卻從破損處向內收縮，迅速崩裂下一個個小碎塊，這個小塊加大了破損邊界，進而導致了更多崩裂小塊，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、環形裂紋定義及現有機理解釋

槍擊玻璃裂紋中的切向裂紋指的是以彈孔為中心，以某一長度為半徑的環狀或是圓弧狀裂紋。環形裂紋則是以彈孔為中心的封閉的類圓形裂紋。這種裂紋的形成機理現有的解釋主要是：玻璃受到載荷作用在自由面形成斷口，放射性裂紋擴展的同時，由于每兩條放射裂紋之間的玻璃介質均可視為自由端，該處的玻璃受到沖擊發生向沖擊方向的彎曲變形，在玻璃表面產生拉應力，當玻璃表面承受的拉應力超過其材料的強度極限時，玻璃將沿著該半徑從入射面開始斷裂，形成環形裂紋[3]。但有時受到沖擊玻璃的物體尺寸的影響，圓環在圓周上的拉應力分布不均勻，所以只在其超過玻璃強度極限處形成一小段切向裂紋。玻璃一旦形成切向或環狀裂紋后其能量被大量釋放，在其他圓環上形成的拉應力就不可能超過其強度極限，因此通常只出現一個環形裂紋。現有機理對于環形切向裂紋的解釋是從玻璃受到外力引發其形變，在形變過程中表面承受最大的拉應力，當其超過玻璃的強度極限時即發生斷裂形成了切向或是環形的裂紋，一旦裂紋形成就無法再形成新的切向或是環形裂紋，現有機理的解釋從本質上來說認為該裂紋完全是由機械形變造成的。

3 材料與方法

3．1 材料

54式手槍、64式手槍、92式手槍、79式沖鋒槍、小口徑步槍（短彈）以及小口徑步槍（長彈）。同品牌、同工藝、同一批次的規格為30cm×30cm的鋼化玻璃。

3．2 方法

使用各種槍支對同品牌、同工藝、同一批次的規格為30 cm×30 cm的鋼化玻璃在距離為5 m的條件下進行射擊，由于射擊距離較近，空氣介質對于子彈減速的作用可以忽略不計，所以假定彈頭以初速度撞擊玻璃。射擊完畢后，將破碎后的玻璃復原拼接，以彈孔的中心為基準點分別作兩條與玻璃平行的直線相交于玻璃的邊界處，記錄下這四個點到彈孔中心的距離為R1。經過實驗后可以發現，在大量的樣本中出現了兩個封閉的環形裂紋，其中一個半徑很小離彈孔較近各處曲率半徑差異小，另一個距離彈孔處較遠各處曲率半徑差異較大。本次實驗研究的主要對象是遠離彈孔曲率半徑差異大的環形裂紋，這兩條直線與子彈打擊玻璃后形成的完整的裂紋環形成四個交點，記錄下這四個交點處彈孔與圓弧形成的曲率半徑為R2。本次實驗所使用的槍支的槍彈質量、初速度及彈徑等槍支信息（見表1），不同槍支R1、R2實驗值記錄（見表2），部分實驗的圖例（見圖1～8）。使用每種不同類型的槍支射擊共計6塊玻璃，挑選出其中形成的環形裂紋最為清晰的4塊玻璃進行測量，將每塊玻璃測得的4個R1、R2的值按照對應的順序填入表格。根據實驗結果在總計42塊槍擊鋼化玻璃的樣本中，除去轉輪槍的6塊始終不出現清晰完整的環形裂紋以外，其余的36塊玻璃樣本中共計出現環形裂紋的個數為29，環形裂紋的出現率在不計轉輪槍的情況下為83.3%。

圖1 92式閉合圓環區圖片1

圖2 92式閉合圓環區圖片2

圖392式閉合圓環區圖片1

圖492 式閉合圓環區圖片2

圖579式閉合圓環區圖片1

圖679 式閉合圓環區圖片2

圖781式閉合圓環區圖片1

圖879 式閉合圓環區圖片2

表1 不同型號槍支槍彈質量初速度及口徑

表2 不同型號槍支R1、R2實驗值

4 分析與討論

使用SPSS軟件對于實驗結果進行分析，先分析環形裂紋半徑R2與速度及彈頭重量的關系，對于一塊玻璃來說，使用四個R2的均值作為統計量來衡量其與速度及彈頭重量的關系，結果見表3。

表3 平均裂紋半徑與速度彈頭關系

根據表3的分析可知F=0.192，Sig=0.962，所以不同的速度、彈頭重對于統計量R2來說沒有顯著性的影響。從上述實驗結果分析可以發現，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、彈頭質量變化，該值相當穩定。同時還可以發現R1與R2之間有著明顯的正相關現象，R1始終隨著R2的大小變化發生同向的變化，并且在一定的區間內R1與R2之間的變化量大致相當。假設R1與其相對應的R2之間存在著線性關系，在R1的區間在（120，180）內使用SPSS軟件對其進行驗證，結果見表4～5。

表4 54式手槍相關性

表5 79式沖鋒槍相關性

根據實驗結果各個不同型號槍支的皮爾遜系數都在0.7以上，可以認為，所有的因變量R2與自變量R1之間均存在著良好的線性關系。Sig的值均在0.05以下說明所有的線性結果都有顯著性，皮爾遜系數有意義。在線性區間內R2的增量與R1的增量的比值近似為1，這意味著線性系數接近于1。對于這一現象可以采用類似槍擊喇叭口層裂區形成的機理來加以解釋。當玻璃遭受到沖擊波時，縱波的振動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波振面在遇到自由面反射后與第二個波疊加后產生的拉應力超過了玻璃的強度極限，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也會沿著玻璃表面向四周傳播，當其遇到玻璃的邊界時反射，與之后到達的波振面振動疊加，導致玻璃發生斷裂形成切向裂紋與環形裂紋。所以，R2的形成是由玻璃的規格尺寸所決定的，當彈孔距離四邊的距離不相等時就會產生四邊各不相同的曲率半徑的裂紋。對于同一型號的槍支來說兩個波之間的波程差是固定的，為（2×R2-R1）-R1=2×（R2-R1），與實驗結果在線性區間內R2的增量與R1的增量的比值近似為1相吻合。對于轉輪手槍來說由于其速度較低，形成的沖擊波能量小，所以不容易形成明顯的封閉環形裂紋。

5 結論

對于槍擊鋼化玻璃來說，除了初速度較低的轉輪手槍以外，其余槍支大多會在彈孔周圍形成環形裂紋。其形成具有一定長度的弧形裂紋的曲率半徑與彈頭的初速度及彈頭質量之間并沒有顯著的相關性，但與玻璃的規格尺寸之間存在對應關系，受玻璃規格尺寸制約影響大，有著顯著的相關性。這為利用殘缺的玻璃彈孔位置進一步判斷槍擊的位置及角度打下了基礎。

[1]鄭其雙，郭威.92式手槍發射9mm手槍彈擊穿5mm普通平板玻璃形成的裂紋實驗研究[J].湖北警官學院學報，2012，（2）：166-168.

[2]張石城.風擋玻璃自爆裂紋與機械特征載荷裂紋區別[J].刑事技術，2009，（3）：47-48.

[3]戴林.特殊痕跡檢驗[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《中國司法鑒定》創刊十五周年，我們將一如既往地努力承擔起促進中國司法鑒定事業的進步與發展的重任。為此，今年我們將繼續重點關注“鑒定綜述”欄目的發展，編輯部也擬邀請各專業知名專家、學者對本專業的已有研究予以梳理，對其從專業角度加以剖析，并就該專業未來發展走向進行展望，以引領行業學術研究。雜志寄希望于通過今年此次活動的開展，以期達到引領學術發展，防止專業的重復性、低水平研究的目的。作為第一期的開篇之作，我們邀請了司法部司法鑒定科學技術研究所沈敏研究員、向平研究員以及公安部三所金波研究員分別就法醫毒物司法鑒定、電子數據司法鑒定專業的發展進行綜述。在此，誠請司法鑒定各其他專業的專家、學者能夠踴躍進行賜稿，為各專業的發展、為雜志發展貢獻力量。

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，主要從事物證技術學研究。E-mail：2459083965@qq．com。