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 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。在實際鑒定工作中，基層辦案民警對玻璃破碎的認識和研究比較片面，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

國外主要通過實驗方法、解析方法和數(shù)值模擬方法對玻璃破碎問題進行研究。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、戴林等主要通過實驗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速度條件下進行模擬實驗，統(tǒng)計裂紋特征，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、李磊通過實驗對54式手槍、77式手槍、81式步槍彈著痕跡進行觀察和分析，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載時，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]。鋼化玻璃抗壓強度比抗拉強度大很多倍，所以在同一的彎曲負載作用下，鋼化玻璃并不會產(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，裂紋就會擴展并導(dǎo)致鋼化玻璃斷裂。

4 實驗材料與方法

4.1 實驗材料

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[6]108。

4.2 實驗方法

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，制作鋼化玻璃實驗樣本[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，所以假定彈頭以初速度狀態(tài)撞擊玻璃，彈頭動能為射擊鋼化玻璃的彈著初始動能。

本次實驗所使用槍支的初速度及初始動能的槍支特征數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 槍支的特征數(shù)據(jù)

5 實驗結(jié)果與分析

當(dāng)鋼化玻璃受槍擊沖擊波載荷作用時，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。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，這時玻璃就會破碎斷裂。

槍擊鋼化玻璃時，以末梢紋前沿為裂紋源，鋼化玻璃受內(nèi)應(yīng)力的作用，裂紋源開始擴展分叉，如果內(nèi)拉應(yīng)力大，原始裂紋將會繼續(xù)擴展形成分支，并且延續(xù)到整塊鋼化玻璃4個邊框形成放射紋，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，鋼化玻璃同時受機械載荷和沖擊波載荷作用，在層裂形成的同時，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行觀察并統(tǒng)計分析，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式步槍彈頭動能＞10Nm，這時槍擊鋼化玻璃產(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式步槍彈頭動能≥50Nm，彈頭動能較大，形成的放射末梢紋數(shù)量更多、密度細密、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，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為射擊方向。

由于槍擊鋼化玻璃形成的放射末梢紋比較細密，不像槍擊普通平板玻璃時能夠產(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與鑒定中要細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，我們以黑色圓點處所在的放射紋為基點，以順時針方向環(huán)繞黑色虛線圓環(huán)逐根查取放射紋線數(shù)量，統(tǒng)計不同動能區(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)量進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，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

轉(zhuǎn)輪槍槍彈彈頭速度為200m/s，彈頭動能為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，所以槍支彈頭動能也就不同。故放射紋的數(shù)量僅僅與槍支彈頭動能相對應(yīng)，由此可以建立槍支彈頭動能與放射紋條數(shù)的相關(guān)性。54式手槍槍彈彈頭動能為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)量與彈頭動能具有正相關(guān)的關(guān)系。

通過比對表格中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)驗證，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)量在動能變化區(qū)間內(nèi)變動不大，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，沖擊波的應(yīng)力強度與彈頭動能具有正相關(guān)的關(guān)系。彈頭動能較低時，在彈孔四周形成的裂紋源基本相同，產(chǎn)生的放射紋數(shù)量在動能變化區(qū)間內(nèi)變動不大；當(dāng)彈頭動能較大時，隨著彈頭動能變大，應(yīng)力波的強度隨之變大，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)力的擴展放射紋條數(shù)增加。

通過槍支彈頭動能與放射紋數(shù)量的相關(guān)性分析：當(dāng)彈頭動能較低時（10Nm以下），放射紋數(shù)量基本不變；當(dāng)彈頭動能較高時，彈頭動能的變化，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別方法。