浅析枪击钢化玻璃切向、环形裂纹痕迹

包 清，梁 帅

（1．上海市公安局刑事侦查总队，上海200083；2．铁道警察学院，河南郑州450053）

鉴定实践
Forensic Practice

浅析枪击钢化玻璃切向、环形裂纹痕迹

包 清1，梁 帅2

（1．上海市公安局刑事侦查总队，上海200083；2．铁道警察学院，河南郑州450053）

目的 与普通玻璃相比，钢化玻璃由于其出色的性能和安全性得到了越来越广泛的应用，对于枪击钢化玻璃所形成的裂纹痕迹的研究也就有了实际意义。方法 使用不同型号的枪支在相同的实验条件下，进行了一系列枪击钢化玻璃的实验，观察其裂纹出现的位置与形态。结果 发现枪击钢化玻璃后出现一个完整闭合圆环区的频率高，并且通过直观观察发现闭合圆环区的裂纹位置与子弹速度与枪支型号等因素无关，而取决于弹着点在整个玻璃平面的位置，并使用统计软件SPSS进行了验证并确认该裂纹的曲率半径与子弹速度、弹头质量无显著相关性，而与弹着点的位置参数具有显著的线性相关。结论 可利用残缺的玻璃裂纹的曲率半径推算出弹着点和枪击角度与位置。

钢化玻璃；闭合圆环区；裂纹曲率半径

1 引言

玻璃制品是一种生活中非常常见的物品，枪击玻璃痕迹对于涉及枪支的刑事案件来说是一种比较常见的痕迹特征，随着钢化玻璃的普及，对于钢化玻璃枪击痕迹的研究也变得越来越具有实际意义。与枪击普通玻璃形成的痕迹相比，枪击钢化玻璃形成的痕迹特征既有相似之处也有不同之处。

钢化玻璃又可以称为安全玻璃，从实质上来说是一种通过理化方法改变原有玻璃的应力分布规律而制成的一种内应力玻璃。其玻璃表面为压应力，内层为拉应力，应力随着厚度近似呈抛物线分布。由于玻璃所能承受的最大压应力是最大拉应力的几十乃至上百倍，所以玻璃的破坏形式以拉应力破坏为主[1]，经过钢化后的玻璃，当玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，尤其是对于弯曲变形来说其外表面在变形过程中承担了最大的拉应力，所以钢化玻璃对于弯曲变形有着显著的更好耐受性。钢化玻璃由于其内部拉应力大，在发生损坏时裂纹在内部传播的速度远远大于表层，随着局部发生破损，便会发生应力释放，玻璃表层向被破损处膨胀，而内层却从破损处向内收缩，迅速崩裂下一个个小碎块，这个小块加大了破损边界，进而导致了更多崩裂小块，直到整块玻璃全部破裂成小的碎片，表面形成类似蝴蝶斑的裂纹[2]。

2 切向、环形裂纹定义及现有机理解释

枪击玻璃裂纹中的切向裂纹指的是以弹孔为中心，以某一长度为半径的环状或是圆弧状裂纹。环形裂纹则是以弹孔为中心的封闭的类圆形裂纹。这种裂纹的形成机理现有的解释主要是：玻璃受到载荷作用在自由面形成断口，放射性裂纹扩展的同时，由于每两条放射裂纹之间的玻璃介质均可视为自由端，该处的玻璃受到冲击发生向冲击方向的弯曲变形，在玻璃表面产生拉应力，当玻璃表面承受的拉应力超过其材料的强度极限时，玻璃将沿着该半径从入射面开始断裂，形成环形裂纹[3]。但有时受到冲击玻璃的物体尺寸的影响，圆环在圆周上的拉应力分布不均匀，所以只在其超过玻璃强度极限处形成一小段切向裂纹。玻璃一旦形成切向或环状裂纹后其能量被大量释放，在其他圆环上形成的拉应力就不可能超过其强度极限，因此通常只出现一个环形裂纹。现有机理对于环形切向裂纹的解释是从玻璃受到外力引发其形变，在形变过程中表面承受最大的拉应力，当其超过玻璃的强度极限时即发生断裂形成了切向或是环形的裂纹，一旦裂纹形成就无法再形成新的切向或是环形裂纹，现有机理的解释从本质上来说认为该裂纹完全是由机械形变造成的。

3 材料与方法

3．1 材料

54式手枪、64式手枪、92式手枪、79式冲锋枪、小口径步枪（短弹）以及小口径步枪（长弹）。同品牌、同工艺、同一批次的规格为30cm×30cm的钢化玻璃。

3．2 方法

使用各种枪支对同品牌、同工艺、同一批次的规格为30 cm×30 cm的钢化玻璃在距离为5 m的条件下进行射击，由于射击距离较近，空气介质对于子弹减速的作用可以忽略不计，所以假定弹头以初速度撞击玻璃。射击完毕后，将破碎后的玻璃复原拼接，以弹孔的中心为基准点分别作两条与玻璃平行的直线相交于玻璃的边界处，记录下这四个点到弹孔中心的距离为R1。经过实验后可以发现，在大量的样本中出现了两个封闭的环形裂纹，其中一个半径很小离弹孔较近各处曲率半径差异小，另一个距离弹孔处较远各处曲率半径差异较大。本次实验研究的主要对象是远离弹孔曲率半径差异大的环形裂纹，这两条直线与子弹打击玻璃后形成的完整的裂纹环形成四个交点，记录下这四个交点处弹孔与圆弧形成的曲率半径为R2。本次实验所使用的枪支的枪弹质量、初速度及弹径等枪支信息（见表1），不同枪支R1、R2实验值记录（见表2），部分实验的图例（见图1～8）。使用每种不同类型的枪支射击共计6块玻璃，挑选出其中形成的环形裂纹最为清晰的4块玻璃进行测量，将每块玻璃测得的4个R1、R2的值按照对应的顺序填入表格。根据实验结果在总计42块枪击钢化玻璃的样本中，除去转轮枪的6块始终不出现清晰完整的环形裂纹以外，其余的36块玻璃样本中共计出现环形裂纹的个数为29，环形裂纹的出现率在不计转轮枪的情况下为83.3%。

图1 92式闭合圆环区图片1

图2 92式闭合圆环区图片2

图392式闭合圆环区图片1

图492 式闭合圆环区图片2

图579式闭合圆环区图片1

图679 式闭合圆环区图片2

图781式闭合圆环区图片1

图879 式闭合圆环区图片2

表1 不同型号枪支枪弹质量初速度及口径

表2 不同型号枪支R1、R2实验值

4 分析与讨论

使用SPSS软件对于实验结果进行分析，先分析环形裂纹半径R2与速度及弹头重量的关系，对于一块玻璃来说，使用四个R2的均值作为统计量来衡量其与速度及弹头重量的关系，结果见表3。

表3 平均裂纹半径与速度弹头关系

根据表3的分析可知F=0.192，Sig=0.962，所以不同的速度、弹头重对于统计量R2来说没有显著性的影响。从上述实验结果分析可以发现，几乎所有玻璃的平均曲率半径都在70 mm附近，不论枪支的速度、弹头质量变化，该值相当稳定。同时还可以发现R1与R2之间有着明显的正相关现象，R1始终随着R2的大小变化发生同向的变化，并且在一定的区间内R1与R2之间的变化量大致相当。假设R1与其相对应的R2之间存在着线性关系，在R1的区间在（120，180）内使用SPSS软件对其进行验证，结果见表4～5。

表4 54式手枪相关性

表5 79式冲锋枪相关性

根据实验结果各个不同型号枪支的皮尔逊系数都在0.7以上，可以认为，所有的因变量R2与自变量R1之间均存在着良好的线性关系。Sig的值均在0.05以下说明所有的线性结果都有显著性，皮尔逊系数有意义。在线性区间内R2的增量与R1的增量的比值近似为1，这意味着线性系数接近于1。对于这一现象可以采用类似枪击喇叭口层裂区形成的机理来加以解释。当玻璃遭受到冲击波时，纵波的振动以球面波的形式传播出去，在沿着玻璃厚度的方向上第一个波振面在遇到自由面反射后与第二个波叠加后产生的拉应力超过了玻璃的强度极限，所以玻璃被层层拉断形成层裂。球面波在沿着玻璃厚度传播的同时也会沿着玻璃表面向四周传播，当其遇到玻璃的边界时反射，与之后到达的波振面振动叠加，导致玻璃发生断裂形成切向裂纹与环形裂纹。所以，R2的形成是由玻璃的规格尺寸所决定的，当弹孔距离四边的距离不相等时就会产生四边各不相同的曲率半径的裂纹。对于同一型号的枪支来说两个波之间的波程差是固定的，为（2×R2-R1）-R1=2×（R2-R1），与实验结果在线性区间内R2的增量与R1的增量的比值近似为1相吻合。对于转轮手枪来说由于其速度较低，形成的冲击波能量小，所以不容易形成明显的封闭环形裂纹。

5 结论

对于枪击钢化玻璃来说，除了初速度较低的转轮手枪以外，其余枪支大多会在弹孔周围形成环形裂纹。其形成具有一定长度的弧形裂纹的曲率半径与弹头的初速度及弹头质量之间并没有显著的相关性，但与玻璃的规格尺寸之间存在对应关系，受玻璃规格尺寸制约影响大，有着显著的相关性。这为利用残缺的玻璃弹孔位置进一步判断枪击的位置及角度打下了基础。

[1]郑其双，郭威.92式手枪发射9mm手枪弹击穿5mm普通平板玻璃形成的裂纹实验研究[J].湖北警官学院学报，2012，（2）：166-168.

[2]张石城.风挡玻璃自爆裂纹与机械特征载荷裂纹区别[J].刑事技术，2009，（3）：47-48.

[3]戴林.特殊痕迹检验[M].北京：警官教育出版社，1994：31-52.

（本文编辑：卞新伟）

鉴定综述
Review

编者按：2016年正值《中国司法鉴定》创刊十五周年，我们将一如既往地努力承担起促进中国司法鉴定事业的进步与发展的重任。为此，今年我们将继续重点关注“鉴定综述”栏目的发展，编辑部也拟邀请各专业知名专家、学者对本专业的已有研究予以梳理，对其从专业角度加以剖析，并就该专业未来发展走向进行展望，以引领行业学术研究。杂志寄希望于通过今年此次活动的开展，以期达到引领学术发展，防止专业的重复性、低水平研究的目的。作为第一期的开篇之作，我们邀请了司法部司法鉴定科学技术研究所沈敏研究员、向平研究员以及公安部三所金波研究员分别就法医毒物司法鉴定、电子数据司法鉴定专业的发展进行综述。在此，诚请司法鉴定各其他专业的专家、学者能够踊跃进行赐稿，为各专业的发展、为杂志发展贡献力量。

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，助理工程师，硕士研究生，主要从事物证技术学研究。E-mail：2459083965@qq．com。