高速拋擊平板玻璃形成破碎特征的相關(guān)因素研究

孫冬 戴林

摘 要：目的 研究高速拋擊平板玻璃形成破碎特征的相關(guān)因素，為該類案件偵破提供線索。方法 采用不同直徑的鋼珠以不同速度拋擊不同厚度的平板玻璃，觀測(cè)各種破碎特征的形成情況。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)原理，分析擊穿和切向裂紋與鋼珠直徑、拋射速度以及玻璃厚度之間的相關(guān)性，擊穿與形態(tài)特征之間的相關(guān)性。結(jié)果 擊穿和切向裂紋與鋼珠直徑、拋射速度呈正相關(guān)，與玻璃厚度呈負(fù)相關(guān)；擊穿與切向裂紋、脫落現(xiàn)象不相關(guān)，與孔洞最小直徑對(duì)5mm厚度的玻璃呈正相關(guān)，對(duì)8mm厚度的玻璃不相關(guān)。結(jié)論 破碎特征形成的相關(guān)因素包括鋼珠直徑、拋擊速度和玻璃厚度，破碎特征之間相關(guān)性較小。

關(guān)鍵詞：平板玻璃 破碎特征 相關(guān)因素 擊穿 切向裂紋

中圖分類號(hào)：TU382 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）03（c）-0008-02

高速拋擊平板玻璃類案件發(fā)案數(shù)量多，拋射裝置和拋射物種類廣，拋射速度區(qū)間大，導(dǎo)致此類案件破案率較低，已經(jīng)成為刑偵技術(shù)亟待解決的重點(diǎn)問題。高速拋擊平板玻璃形成多種破碎特征[1-2]，研究各種破碎特征形成的相關(guān)因素，可為案件偵破提供線索。

擊穿和切向裂紋是兩個(gè)具有重要偵破價(jià)值的破碎特征，脫落現(xiàn)象和孔洞直徑等形態(tài)特征亦具有一定的偵破意義[1]。本文采用不同直徑的鋼珠，以不同速度拋擊不同厚度的平板玻璃，觀測(cè)擊穿和切向裂紋與鋼珠直徑、拋射速度和玻璃厚度之間的相關(guān)性，檢驗(yàn)擊穿與形態(tài)特征之間的相關(guān)性，從而確立形成破碎特征的相關(guān)因素，為估算拋射速度、判斷拋射裝置類型、推測(cè)拋射物散落方位以便尋找拋射物、最終為檢驗(yàn)鑒定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

“快拍吹”改造發(fā)射裝置（自制，可以不同速度發(fā)射鋼珠），優(yōu)質(zhì)鋼珠（直徑6mm和8mm，山東伊萊特重工股份有限公司），300mm×300mm普通平板玻璃（厚度5mm和8mm，鼎信玻璃廠），電子測(cè)速儀（FLGM—V槍彈激光測(cè)速儀，帆鷹警用器材新技術(shù)有限公司），玻璃固定架（自制），單反相機(jī)（尼康D5200），相機(jī)固定架（CX-560，尼康），其他常規(guī)材料包括比例尺、白紙、20mm寬透明膠帶等，購自超市。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

普通平板玻璃用透明膠帶按“井”字方式貼在玻璃單側(cè)，固定在玻璃固定架上。以貼膠帶面為入射面，對(duì)面為自由面，用“快拍吹”發(fā)射鋼珠射擊玻璃入射面，射擊時(shí)盡量保證鋼珠速度由小到大依次遞增，用電子測(cè)速儀測(cè)定鋼珠速度，記錄擊穿情況。對(duì)破碎玻璃進(jìn)行粘合，以白紙為背景，以比例尺為參照，用相機(jī)對(duì)玻璃入射面和自由面的破碎形態(tài)進(jìn)行拍照固定，記錄切向裂紋等形態(tài)特征形成情況。

1.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)概率學(xué)原理，設(shè)擊穿或形成切向裂紋為事件發(fā)生，未擊穿或未形成切向裂紋為事件未發(fā)生。由于發(fā)生或未發(fā)生具有偶然性，則每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)重復(fù)數(shù)次（20次），令連續(xù)4次發(fā)生或連續(xù)6次試驗(yàn)中有5次發(fā)生1次未發(fā)生即可視為事件發(fā)生，同理，連續(xù)4次未發(fā)生或連續(xù)6次實(shí)驗(yàn)中5次未發(fā)生1次發(fā)生即可視為事件未發(fā)生。在a=0.2水平上兩種情況發(fā)生概率分別為P41=0.66和C16P51（1-P發(fā)）=0.62。由此按照事件發(fā)生情況將拋射速度劃分為3個(gè)區(qū)間：未發(fā)生區(qū)間、過渡區(qū)間和發(fā)生區(qū)間，區(qū)間的臨界值體現(xiàn)發(fā)生與拋射速度之間的相關(guān)性，與此同時(shí)觀測(cè)發(fā)生與鋼珠直徑和玻璃厚度的相關(guān)性。擊穿與形態(tài)特征之間相關(guān)性的檢驗(yàn)，通過比對(duì)擊穿或未擊穿的形態(tài)特征，采用SPSS（IBM SPSS Statistics 22）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出相關(guān)系數(shù)γ及其檢驗(yàn)水平α，在α≤0.2水平上，0.6≤|γ|≤1表明具有相關(guān)性，γ正值為正相關(guān)，γ負(fù)值為負(fù)相關(guān)[3]。

2 結(jié)果

2.1 擊穿與拋射速度、鋼珠直徑和玻璃厚度的相關(guān)性

擊穿是指拋射物在與玻璃發(fā)生作用后穿透玻璃，散落在玻璃自由面一側(cè)。本研究采用不同直徑的鋼珠，以不同速度拋擊不同厚度的平板玻璃，觀測(cè)擊穿情況。結(jié)果如表1所示，（1）當(dāng)鋼珠直徑確定（8mm或6mm），玻璃厚度大者（8mm）擊穿區(qū)間速度的臨界值大（150.3>109.2），表明擊穿不易發(fā)生（其中直徑6mm鋼珠對(duì)8mm厚玻璃不能發(fā)生擊穿），即擊穿的發(fā)生與玻璃厚度負(fù)相關(guān)；（2）當(dāng)玻璃厚度確定（5mm或8mm），鋼珠直徑大者（8mm）擊穿區(qū)間速度的臨界值?。?09.2<125.8），表明擊穿容易發(fā)生，即擊穿的發(fā)生與鋼珠直徑正相關(guān)；（3）當(dāng)鋼珠直徑與玻璃厚度均確定，拋射速度無法擊穿區(qū)間<過渡區(qū)間<擊穿區(qū)間，表明拋射速度大擊穿容易發(fā)生，即擊穿的發(fā)生與拋射速度正相關(guān)。

2.2 切向裂紋與拋射速度、鋼珠直徑和玻璃厚度的相關(guān)性

切向裂紋是破裂玻璃放射裂紋之間的橫向裂紋。本研究采用不同直徑的鋼珠，以不同速度拋擊不同厚度的平板玻璃，觀測(cè)切向裂紋形成情況。結(jié)果如表2所示，（1）當(dāng)鋼珠直徑確定（8mm或6mm），玻璃厚度大者（8mm）切向裂紋形成區(qū)間速度的臨界值大（166.6>103.3），表明切向裂紋不易形成（其中直徑6mm鋼珠對(duì)8mm厚玻璃不能形成切向裂紋），即切向裂紋的形成與玻璃厚度負(fù)相關(guān)；（2）當(dāng)玻璃厚度確定（5mm或8mm），鋼珠直徑大者（8mm）切向裂紋形成區(qū)間速度的臨界值?。?03.3<152.4），表明切向裂紋容易形成，即切向裂紋的形成與鋼珠直徑正相關(guān)；（3）當(dāng)鋼珠直徑與玻璃厚度均確定，未形成區(qū)間速度<過渡區(qū)間速度<形成區(qū)間速度，表明拋射速度大切向裂紋容易形成，即切向裂紋的形成與拋射速度正相關(guān)。

2.3 擊穿與形態(tài)特征的相關(guān)性

切向裂紋、脫落現(xiàn)象和孔洞最小直徑是案件偵破中經(jīng)常應(yīng)用的形態(tài)特征。本研究通過比對(duì)擊穿與未擊穿的形態(tài)特征，檢驗(yàn)擊穿與切向裂紋、脫落現(xiàn)象和孔洞最小直徑之間的相關(guān)性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，（1）切向裂紋的相關(guān)系數(shù)|γ|<0.6，表明擊穿與切向裂紋二者不相關(guān)；（2）脫落現(xiàn)象的相關(guān)系數(shù)|γ|<0.6，表明擊穿與脫落現(xiàn)象二者不相關(guān)；（3）孔洞最小直徑的相關(guān)系數(shù)中，對(duì)于8mm厚度的玻璃 |γ|<0.6，表明擊穿與孔洞最小直徑二者不相關(guān)；對(duì)于5mm厚度的玻璃γ>0.6，且α<0.2，表明擊穿與孔洞最小直徑二者呈正相關(guān)。

3 討論

擊穿是高速拋擊平板玻璃最典型的破碎特征。本研究結(jié)果顯示，擊穿與鋼珠直徑和拋射速度呈正相關(guān)，與玻璃厚度呈負(fù)相關(guān)。

切向裂紋是高速拋擊平板玻璃所形成的一種破碎特征。高速拋擊時(shí)，玻璃玻璃受沖擊載荷作用，首先形成斜面狀斷口及放射裂紋，每?jī)蓷l放射裂紋間的玻璃介質(zhì)受載荷的持續(xù)作用發(fā)生彎曲，使入射面所受圓環(huán)狀徑向張應(yīng)力增大，若張應(yīng)力在某一半徑上超過玻璃的強(qiáng)度極限，則玻璃將沿著圓環(huán)從入射面開始斷裂，形成切向裂紋。本研究結(jié)果顯示，切向裂紋的形成與鋼珠直徑和拋射速度呈正相關(guān)，與玻璃厚度呈負(fù)相關(guān)。

經(jīng)常用于偵破的形態(tài)特征包括切向裂紋、脫落現(xiàn)象和孔洞最小直徑。本研究通過比對(duì)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)擊穿與這些形態(tài)特征的相關(guān)性。結(jié)果顯示，擊穿僅與厚度5mm玻璃的孔洞最小直徑呈正相關(guān)；而與切向裂紋、脫落現(xiàn)象和厚度8mm玻璃的孔洞最小直徑均不相關(guān)。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示高速拋擊平板玻璃形成的擊穿或切向裂紋與鋼珠直徑、拋擊速度呈正相關(guān)，與玻璃厚度呈負(fù)相關(guān)；擊穿與切向裂紋、脫落現(xiàn)象以及厚度8mm玻璃的孔洞最小直徑不相關(guān)，僅與厚度5mm玻璃的孔洞最小直徑呈正相關(guān)。以上這些結(jié)論將為高速拋擊平板玻璃類案件的偵破提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴林.特殊痕跡檢驗(yàn)[M].北京：警官教育出版社，1994.

[2] 王澤平，黃風(fēng)雷，惲壽榕.脆性動(dòng)態(tài)斷裂模型[J].高壓物理學(xué)報(bào)，1991，5（2）：90-97.

[3] 龍永紅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].2版.北京：高等教育出版社，2004.