高速抛击平板玻璃形成破碎特征的相关因素研究

孙冬 戴林

摘 要：目的 研究高速抛击平板玻璃形成破碎特征的相关因素，为该类案件侦破提供线索。方法 采用不同直径的钢珠以不同速度抛击不同厚度的平板玻璃，观测各种破碎特征的形成情况。运用统计原理，分析击穿和切向裂纹与钢珠直径、抛射速度以及玻璃厚度之间的相关性，击穿与形态特征之间的相关性。结果 击穿和切向裂纹与钢珠直径、抛射速度呈正相关，与玻璃厚度呈负相关；击穿与切向裂纹、脱落现象不相关，与孔洞最小直径对5mm厚度的玻璃呈正相关，对8mm厚度的玻璃不相关。结论 破碎特征形成的相关因素包括钢珠直径、抛击速度和玻璃厚度，破碎特征之间相关性较小。

关键词：平板玻璃 破碎特征 相关因素 击穿 切向裂纹

中图分类号：TU382 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（c）-0008-02

高速抛击平板玻璃类案件发案数量多，抛射装置和抛射物种类广，抛射速度区间大，导致此类案件破案率较低，已经成为刑侦技术亟待解决的重点问题。高速抛击平板玻璃形成多种破碎特征[1-2]，研究各种破碎特征形成的相关因素，可为案件侦破提供线索。

击穿和切向裂纹是两个具有重要侦破价值的破碎特征，脱落现象和孔洞直径等形态特征亦具有一定的侦破意义[1]。本文采用不同直径的钢珠，以不同速度抛击不同厚度的平板玻璃，观测击穿和切向裂纹与钢珠直径、抛射速度和玻璃厚度之间的相关性，检验击穿与形态特征之间的相关性，从而确立形成破碎特征的相关因素，为估算抛射速度、判断抛射装置类型、推测抛射物散落方位以便寻找抛射物、最终为检验鉴定提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

“快拍吹”改造发射装置（自制，可以不同速度发射钢珠），优质钢珠（直径6mm和8mm，山东伊莱特重工股份有限公司），300mm×300mm普通平板玻璃（厚度5mm和8mm，鼎信玻璃厂），电子测速仪（FLGM—V枪弹激光测速仪，帆鹰警用器材新技术有限公司），玻璃固定架（自制），单反相机（尼康D5200），相机固定架（CX-560，尼康），其他常规材料包括比例尺、白纸、20mm宽透明胶带等，购自超市。

1.2 实验方法

普通平板玻璃用透明胶带按“井”字方式贴在玻璃单侧，固定在玻璃固定架上。以贴胶带面为入射面，对面为自由面，用“快拍吹”发射钢珠射击玻璃入射面，射击时尽量保证钢珠速度由小到大依次递增，用电子测速仪测定钢珠速度，记录击穿情况。对破碎玻璃进行粘合，以白纸为背景，以比例尺为参照，用相机对玻璃入射面和自由面的破碎形态进行拍照固定，记录切向裂纹等形态特征形成情况。

1.3 数据分析

根据概率学原理，设击穿或形成切向裂纹为事件发生，未击穿或未形成切向裂纹为事件未发生。由于发生或未发生具有偶然性，则每项实验重复数次（20次），令连续4次发生或连续6次试验中有5次发生1次未发生即可视为事件发生，同理，连续4次未发生或连续6次实验中5次未发生1次发生即可视为事件未发生。在a=0.2水平上两种情况发生概率分别为P41=0.66和C16P51（1-P发）=0.62。由此按照事件发生情况将抛射速度划分为3个区间：未发生区间、过渡区间和发生区间，区间的临界值体现发生与抛射速度之间的相关性，与此同时观测发生与钢珠直径和玻璃厚度的相关性。击穿与形态特征之间相关性的检验，通过比对击穿或未击穿的形态特征，采用SPSS（IBM SPSS Statistics 22）进行统计，得出相关系数γ及其检验水平α，在α≤0.2水平上，0.6≤|γ|≤1表明具有相关性，γ正值为正相关，γ负值为负相关[3]。

2 结果

2.1 击穿与抛射速度、钢珠直径和玻璃厚度的相关性

击穿是指抛射物在与玻璃发生作用后穿透玻璃，散落在玻璃自由面一侧。本研究采用不同直径的钢珠，以不同速度抛击不同厚度的平板玻璃，观测击穿情况。结果如表1所示，（1）当钢珠直径确定（8mm或6mm），玻璃厚度大者（8mm）击穿区间速度的临界值大（150.3>109.2），表明击穿不易发生（其中直径6mm钢珠对8mm厚玻璃不能发生击穿），即击穿的发生与玻璃厚度负相关；（2）当玻璃厚度确定（5mm或8mm），钢珠直径大者（8mm）击穿区间速度的临界值小（109.2<125.8），表明击穿容易发生，即击穿的发生与钢珠直径正相关；（3）当钢珠直径与玻璃厚度均确定，抛射速度无法击穿区间<过渡区间<击穿区间，表明抛射速度大击穿容易发生，即击穿的发生与抛射速度正相关。

2.2 切向裂纹与抛射速度、钢珠直径和玻璃厚度的相关性

切向裂纹是破裂玻璃放射裂纹之间的横向裂纹。本研究采用不同直径的钢珠，以不同速度抛击不同厚度的平板玻璃，观测切向裂纹形成情况。结果如表2所示，（1）当钢珠直径确定（8mm或6mm），玻璃厚度大者（8mm）切向裂纹形成区间速度的临界值大（166.6>103.3），表明切向裂纹不易形成（其中直徑6mm钢珠对8mm厚玻璃不能形成切向裂纹），即切向裂纹的形成与玻璃厚度负相关；（2）当玻璃厚度确定（5mm或8mm），钢珠直径大者（8mm）切向裂纹形成区间速度的临界值小（103.3<152.4），表明切向裂纹容易形成，即切向裂纹的形成与钢珠直径正相关；（3）当钢珠直径与玻璃厚度均确定，未形成区间速度<过渡区间速度<形成区间速度，表明抛射速度大切向裂纹容易形成，即切向裂纹的形成与抛射速度正相关。

2.3 击穿与形态特征的相关性

切向裂纹、脱落现象和孔洞最小直径是案件侦破中经常应用的形态特征。本研究通过比对击穿与未击穿的形态特征，检验击穿与切向裂纹、脱落现象和孔洞最小直径之间的相关性，实验结果如表3所示，（1）切向裂纹的相关系数|γ|<0.6，表明击穿与切向裂纹二者不相关；（2）脱落现象的相关系数|γ|<0.6，表明击穿与脱落现象二者不相关；（3）孔洞最小直径的相关系数中，对于8mm厚度的玻璃 |γ|<0.6，表明击穿与孔洞最小直径二者不相关；对于5mm厚度的玻璃γ>0.6，且α<0.2，表明击穿与孔洞最小直径二者呈正相关。

3 讨论

击穿是高速抛击平板玻璃最典型的破碎特征。本研究结果显示，击穿与钢珠直径和抛射速度呈正相关，与玻璃厚度呈负相关。

切向裂纹是高速抛击平板玻璃所形成的一种破碎特征。高速抛击时，玻璃玻璃受冲击载荷作用，首先形成斜面状断口及放射裂纹，每两条放射裂纹间的玻璃介质受载荷的持续作用发生弯曲，使入射面所受圆环状径向张应力增大，若张应力在某一半径上超过玻璃的强度极限，则玻璃将沿着圆环从入射面开始断裂，形成切向裂纹。本研究结果显示，切向裂纹的形成与钢珠直径和抛射速度呈正相关，与玻璃厚度呈负相关。

经常用于侦破的形态特征包括切向裂纹、脱落现象和孔洞最小直径。本研究通过比对统计检验击穿与这些形态特征的相关性。结果显示，击穿仅与厚度5mm玻璃的孔洞最小直径呈正相关；而与切向裂纹、脱落现象和厚度8mm玻璃的孔洞最小直径均不相关。

综上所述，本研究结果显示高速抛击平板玻璃形成的击穿或切向裂纹与钢珠直径、抛击速度呈正相关，与玻璃厚度呈负相关；击穿与切向裂纹、脱落现象以及厚度8mm玻璃的孔洞最小直径不相关，仅与厚度5mm玻璃的孔洞最小直径呈正相关。以上这些结论将为高速抛击平板玻璃类案件的侦破提供理论依据。

参考文献

[1] 戴林.特殊痕迹检验[M].北京：警官教育出版社，1994.

[2] 王泽平，黄风雷，恽寿榕.脆性动态断裂模型[J].高压物理学报，1991，5（2）：90-97.

[3] 龙永红.概率论与数理统计[M].2版.北京：高等教育出版社，2004.