拋射物入射角度與玻璃破碎裂紋相關(guān)性的研究

張貝貝

（安徽公安職業(yè)學(xué)院，安徽合肥）

玻璃碎片及形態(tài)是案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的物證形式，通過(guò)對(duì)玻璃的物證研究，達(dá)到確定玻璃來(lái)源與種類(lèi)的目的，分析玻璃破碎原因等，為案件的取證、重建和偵破提供線索和證據(jù)。特別是槍擊類(lèi)案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)玻璃是現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容，在現(xiàn)實(shí)情況中嫌疑人多數(shù)使用的是配備有鋼珠的仿真手槍?zhuān)谑覂?nèi)發(fā)生的仿真鋼珠手槍傷人事件比比皆是，法庭科學(xué)人員也常常會(huì)遇到玻璃、玻璃碎片等物證形式。據(jù)統(tǒng)計(jì)在絕大多數(shù)仿真槍案件中，鋼珠撞擊到玻璃上都是存在一定的入射角度的，因此研究不同角度下拋射物（鋼珠）與其在玻璃上形成破碎裂紋兩者之間的關(guān)聯(lián)性，無(wú)論是對(duì)于案件偵破，還是判定嫌疑人開(kāi)槍方位都有著顯著意義。本文重點(diǎn)研究了拋射物由于入射角度的不同，在玻璃上產(chǎn)生的破碎裂紋情況，利用拋射物（鋼珠）通過(guò)高壓氣體拋射裝置撞擊普通平板玻璃表面形成的裂紋，記錄在載荷作用下彈珠從不同的入射角在玻璃上產(chǎn)生的裂紋情況，通過(guò)比對(duì)分析破碎裂紋形態(tài)，從相同鋼珠不同角度以及不同直徑鋼珠相同角度兩方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出鋼珠在不同入射角度與玻璃破碎裂紋之間的相關(guān)性，便于以后偵查實(shí)踐工作的應(yīng)用。

一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（一）實(shí)驗(yàn)儀器與材料

300mm×300mm×5mm普通平板玻璃、Ф8mm鋼珠、Ф9mm鋼珠、內(nèi)徑為8mm、9mm鋼管；激光測(cè)速儀、木質(zhì)玻璃架、高壓氣體拋射裝置；膠帶、剪刀、防爆手套、單反相機(jī)、潔凈抹布、量角器、游標(biāo)卡尺、三腳架、緩沖棉墊、紙盒。

（二）實(shí)驗(yàn)步驟

利用高壓氣體拋射裝置，釋放的后鋼珠穿過(guò)激光測(cè)速儀后，撞擊固定在木質(zhì)玻璃架上的平板玻璃，依次完成15°30°、45°入射角度的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置擺放如圖1。實(shí)驗(yàn)完成后做好數(shù)據(jù)記錄分析，妥善保管好被擊打過(guò)的玻璃樣本，拍攝提取固定裂紋形態(tài)后，有次序的疊放?？紤]到本次實(shí)驗(yàn)實(shí)際效果，本次實(shí)驗(yàn)鋼珠速度分為高速和低速兩種情形，低速度為基本上只形成一個(gè)喇叭口區(qū)域，高速度為出現(xiàn)紋路明顯且清晰的放射紋及切向紋。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)鋼珠對(duì)玻璃的破壞作用主要是在高速度下的應(yīng)力波載荷作用和低速度下的機(jī)械載荷作用，兩種作用方式不同造成的玻璃破碎裂紋形態(tài)也不一樣，因此需要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分組分別討論，這樣做出的關(guān)聯(lián)性分析才會(huì)可靠準(zhǔn)確。

（1）8mm鋼珠實(shí)驗(yàn)裂紋分布情況

使用8mm的鋼珠撞擊相同材質(zhì)的玻璃，入射角分別是15°、30°、45°，低速度下玻璃上的裂紋形態(tài)如圖2。

圖2 8mm鋼珠低速拋射玻璃裂紋分布

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：8mm鋼珠低速拋射實(shí)驗(yàn)裂紋中斜面狀斷口特征均為規(guī)則碗狀，末梢紋數(shù)量少，長(zhǎng)度變化小，呈放射狀，放射紋基本不出現(xiàn)，出現(xiàn)時(shí)數(shù)量少，沒(méi)有切向紋。

高速下8mm鋼珠拋射玻璃形成的玻璃破碎裂紋如圖3。

圖3 8mm鋼珠高速拋射玻璃裂紋分布

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：8mm鋼珠高速拋射實(shí)驗(yàn)裂紋中斜面狀斷口特征均為不規(guī)則碗狀，末梢紋密度大，呈放射狀，形態(tài)細(xì)直；放射紋在入射角度15°、30°時(shí)密度大，呈網(wǎng)狀分布，分叉多，入射角度45°時(shí)密度小，呈網(wǎng)狀分布，分叉少；出現(xiàn)切向紋，入射角度15°時(shí)出現(xiàn)少數(shù)弧狀切向紋，入射角度30°時(shí)數(shù)量多，呈圓環(huán)狀，入射角度45°時(shí)數(shù)量少，呈直線狀。

（2）9mm鋼珠實(shí)驗(yàn)裂紋分布情況

使用9mm的鋼珠撞擊相同材質(zhì)的玻璃，入射角分別是15°、30°、45°，低速下玻璃破碎裂紋形態(tài)如圖4。

圖4 9mm鋼珠低速拋射玻璃裂紋分布

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：9mm鋼珠低速拋射實(shí)驗(yàn)裂紋中斜面狀斷口特征均為規(guī)則碗狀，末梢紋數(shù)量少，45°時(shí)長(zhǎng)度大，較直；放射紋在入射角度15°、30°時(shí)數(shù)量少，線條短，入射角度45°時(shí)密度小，數(shù)量少，線條較長(zhǎng)；沒(méi)有出現(xiàn)切向紋。

高速下9mm鋼珠拋射形成的玻璃破碎裂紋形態(tài)如圖5。

圖5 9mm鋼珠拋射玻璃裂紋分布

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：9mm鋼珠高速拋射實(shí)驗(yàn)裂紋中斜面狀斷口特征均為不規(guī)則碗狀，末梢紋均密度大，呈放射狀，入射角度15°時(shí)形態(tài)細(xì)直，30°時(shí)孔洞處斷面粗糙；放射紋在入射角度15°時(shí)密度小，網(wǎng)狀分布，形態(tài)較彎曲，入射角度30°時(shí)密度大，形態(tài)彎曲，長(zhǎng)度大，分叉小，入射角度45°時(shí)密度大，呈網(wǎng)狀分布，形態(tài)彎曲，長(zhǎng)度大，有分叉結(jié)構(gòu)；出現(xiàn)切向紋，入射角度15°時(shí)少量圓環(huán)狀切，無(wú)直線狀，入射角度30°時(shí)出現(xiàn)圓環(huán)狀及直線狀切向紋，入射角度45°時(shí)較多的出現(xiàn)圓環(huán)狀以及直線狀切向紋。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本論文主要是鋼珠從不同入射角度拋射普通平板玻璃后，對(duì)形成的玻璃破碎裂紋與入射角度兩者之間的相關(guān)性進(jìn)行分析：主要研究了不同直徑的鋼珠分別在15°、30°、45°入射角度下，與在玻璃表面形成的裂紋之間的關(guān)系特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析得出如下結(jié)論：

1.隨著入射角度的增大，低速度時(shí)候在作用點(diǎn)附近所形成的喇叭口區(qū)域（存在完整的喇叭口形態(tài)），撞擊所形成的霧面玻璃裂紋區(qū)域會(huì)向著鋼珠前進(jìn)方向一側(cè)偏移，同時(shí)霧面區(qū)域面積增大。隨著入射角度的增大，高速下，在玻璃上形成的孔洞會(huì)由較為規(guī)則的圓形逐漸變化為橢圓形，橢圓的短軸長(zhǎng)相對(duì)減少。

2.隨著入射角度的增大，鋼珠拋射在平板玻璃自由面上形成的斜面狀斷口（圓臺(tái)形張力應(yīng)力面）區(qū)域的形狀，會(huì)由規(guī)則的圓臺(tái)形斷面逐步遞變?yōu)闄E圓形斷面，并且斷面形是一個(gè)長(zhǎng)軸相對(duì)變長(zhǎng)，短軸長(zhǎng)相對(duì)變短的橢圓形。

3.隨著入射角度的增大，不論是15°、30°以及45°條件下，在玻璃表面形成的放射紋與切向紋形態(tài)及分布上，沒(méi)有明顯的隨著角度變化的趨勢(shì)特征。