鋼珠撞擊玻璃角度與孔洞痕跡的關系

摘 要：目的：研究彈弓發(fā)射鋼珠撞擊玻璃的孔洞痕跡與撞擊角度的關系。方法：使用彈弓發(fā)射鋼珠彈射玻璃，觀測多種角度下的孔洞特征。結果：中心孔的橢圓長軸與撞擊角度一致的出現率是68.25%;層裂區(qū)形態(tài)多變，其橢圓長軸或短軸與撞擊角度一致的出現率分別為25%、37.5%，不一致的占25%;孔壁坡面在飛來側角度小、飛去側角度大的出現率為78%。結論：中心孔形態(tài)穩(wěn)定軸向和孔壁坡面角度與撞擊角度的關系穩(wěn)定，可靠，可用于指示鋼珠撞擊角度。

關鍵詞：鋼珠;玻璃;角度;孔洞;環(huán)形紋

0. 引言

在日常工作和生活中常出現車船、建筑物門窗玻璃被彈弓發(fā)射鋼珠損壞的現象，給人們帶來諸多的財物、人身損害和精神負擔。公安部門要正確認定案/事件性質，采取適當的追責和懲罰措施，先要判斷發(fā)射位置、識別和尋找發(fā)射工具與發(fā)射者。孔洞是鋼珠撞擊玻璃形成的最常見痕跡。利用孔洞特征判斷發(fā)射角度，可以在執(zhí)法辦案中發(fā)揮關鍵作用。

1.材料與方法

實驗材料 實驗工具選用常見的 “不打鳥”牌S001型號彈弓架，匹配250mm長、15mm寬、0.55 mm厚的單層“普雷莎斯”牌扁平皮筋帶，和直徑8mm、重2.1g的實心鋼珠，以及4mm厚的普通平板玻璃。樣本制作與觀察 為簡化問題，將發(fā)射距離與皮筋拉伸長度限定在1.5-3米與拉長一倍，即撞擊速度相近條件下，聚焦撞擊角度與孔洞特點的關系。選用90°、78°、60°、45°、30°、20°六種角度，發(fā)射鋼珠撞擊平板玻璃。在放大鏡下觀測痕跡特征，拍照以作記錄。

2結果

鋼珠撞擊平板玻璃64次均未穿透，被玻璃板反彈或失去動能后墜于下方的箱內。經測量，直徑8mm的鋼珠撞擊玻璃形成類圓形孔洞，直徑在1.5mm-7mm范圍內變化。

2.1孔洞形態(tài)與撞擊角度的關系

當鋼珠撞擊角度近似90°時，從受撞擊背面即自由面觀察玻璃，中心孔洞狀缺損區(qū)形似正圓，分布均勻;當鋼珠斜向撞擊玻璃時，中心孔近似橢圓形，直徑出現長短軸分布。在本實驗的64個孔洞中，除12個孔洞因殘缺無法確定軸向外，44個孔的橢圓長軸與撞擊角度在同一直線上，指向一致（見圖1，文中配圖展示的孔洞均為玻璃板射出面，黑色箭頭表示撞擊角度，下同）出現率達68.75%，余下8/64個孔的長軸指向偏離撞擊角度，雖不在一條直線上，但較為接近（見圖2），占比12.5%（見表1）。

環(huán)繞在中心孔外的碎片逐層剝離的區(qū)域，被稱為層裂區(qū)。其整體形態(tài)基本保持類圓形，但具體形態(tài)既不規(guī)則，也不穩(wěn)定。首先，層裂區(qū)是否為正圓形與鋼珠撞擊玻璃角度之間沒有明顯的因果聯系。即便鋼珠是垂直撞擊玻璃，層裂區(qū)形態(tài)也未必呈現正圓。同時，當鋼珠斜向撞擊玻璃板時，層裂區(qū)形態(tài)可近似圓形或橢圓形，兩種可能性皆有，且均不規(guī)則。其次，橢圓形層裂區(qū)的長軸指向與撞擊角度的關系不穩(wěn)定，長軸指向與撞擊角度一致的孔洞出現16個（見圖3），在實驗中出現率約占25%;

觀察自由面上的孔洞內壁坡面，撞擊角度小于78°時，孔壁在鋼珠飛來與飛去兩側的坡面形態(tài)表現出明顯差異;大于78°，差異不明顯。孔壁坡面在飛來側較薄、角度較小即坡面更平緩，飛去側坡面較厚、坡度更陡峭（見圖6），出現率78%。此結果與已有研究相似。[2]未觀察到尖刀形羽毛狀玻璃碎片脫落在孔緣兩側存在的差異[3]。

3討論

3.1中心孔形態(tài)與撞擊角度的關系表現出明顯的規(guī)律性

在所有樣本中，孔長軸與撞擊角度的指向一致性占比達到68.5%。二者方向近似的情況占比12.5%。整體來看，孔長軸與撞擊角度的指向一致性很明確，規(guī)律穩(wěn)定、可靠。因此，可依據孔洞的橢圓長軸指向推斷鋼珠撞擊角度。玻璃斷裂的內部原理是由于韌性差，一旦受力部位引起的應力值超過材料承受極限就會迅速發(fā)生局部斷裂來釋放部分應力，直到材料能承受并重新分布應力。受力方向決定了應力的方向進而是斷裂的方向。所以，玻璃受鋼珠撞擊部位會產生一系列的材料斷裂與碎塊脫落，造成孔洞狀缺損。孔洞的位置和形態(tài)反映出受撞擊部位和作用方向及角度。玻璃碎塊陸續(xù)脫落的過程，造成中心孔洞被多次地改寫、覆蓋而成。如過多的碎塊脫落遺留下不完整的孔洞狀缺損，或孔洞形態(tài)變形。因可塑性差，玻璃被鋼珠撞出的孔洞，往往只能部分地記錄和反映鋼珠的造痕作用特點。

3.2層裂區(qū)的形態(tài)與撞擊角度關系未表現出明顯規(guī)律

依據孔洞的層裂區(qū)形態(tài)特點判斷撞擊角度是不可靠的。中心孔的形態(tài)比層裂區(qū)形態(tài)更穩(wěn)定。相比層裂區(qū)的橢圓長軸和短軸，中心孔的橢圓長軸與撞擊角度的關系反映出更明確、可靠的規(guī)律性，因此，孔的橢圓長軸具有更好的指示撞擊角度的作用。應該優(yōu)先使用孔長軸判明撞擊角度。這種現象僅限定在本實驗中由輻射紋間隔成區(qū)塊的層裂區(qū)內，無輻射紋和末梢紋的孔洞不在此討論范圍。

3.3孔壁坡面在飛去側較陡、厚、不規(guī)則，在飛來側較平緩、薄、較規(guī)則

這些形態(tài)差異是鋼珠撞擊玻璃時對孔緣兩側作用不均衡造成更多碎塊脫落形成的。撞擊瞬間，受力不平衡的鋼珠由飛來側順勢向飛去側滾動，對孔緣的飛去側除碰撞外，還發(fā)生碾壓作用，使其產生更多斷裂和碎塊脫落。

4結論

在孔洞的幾種特征中，中心孔形態(tài)和孔壁坡面形態(tài)穩(wěn)定、特征可靠，可指示撞擊角度。層裂區(qū)形態(tài)多變、與撞擊角度關系不明確。中心孔的橢圓長軸與撞擊角度一致，孔壁坡面較陡、厚、角度大的一側為鋼珠飛去側。必須注意，利用孔洞形態(tài)特征可大致推斷撞擊角度，但有時不夠精準。這不僅因為玻璃本身屬于玻璃態(tài)，密度不均勻，而且玻璃板材質也非絕對純凈，往往內有氣泡或雜質。因此，玻璃斷裂過程中除受撞擊方式、方向、角度等因素影響外，還被上述偶然因素干擾，最終影響斷裂形態(tài)的變化。因此實踐中應盡量綜合多種依據，謹慎辨別，防控錯判風險。

參考文獻：

[1]崔志崗，胡剛林波.玻璃彈孔痕跡分析射擊方向的研究[J].中國公共安全，2019（1）：110-112.

[2]董必強，劉軒，于小勇，等.傾斜角度射擊與玻璃破碎痕跡分析[J].刑事技術，2018，43（5）：351-356.

[3]杜周績，等.鋼珠彈丸侵徹玻璃的痕跡研究[J].科技視界，2017（2）：70-73.

作者簡介：

李力（1971—），女，漢族，山東濟寧人，山東警察學院，副教授，碩士，物證檢驗研究。

基金項目：山東警察學院科研項目;項目內容：孔洞狀玻璃斷裂痕跡的特征與形成機制;項目編號：YKJYB201702。