枪击钢化玻璃放射纹、放射末梢纹痕迹分析

梁 帅 胡 萌 欧阳巍嘉 郭思磊

（1 铁道警察学院刑事科学技术系 河南 郑州 450053；2 31056部队 北京 100035；3 冠县公安局 山东 聊城 252500）

1 引言

在侦查、反恐防控、治安管理工作中，经常会遇见案件中钢化玻璃破碎问题，这就要求对钢化玻璃破碎裂纹进行分析，确定打击方向、分析作用方式等，为案件的侦破提供线索。在实际鉴定工作中，基层办案民警对玻璃破碎的认识和研究比较片面，不成系统，在现场勘查中，单纯利用表观特征分析作用方式、作用方向，玻璃破碎裂纹特征的利用率极低。因此，对枪击钢化玻璃破碎痕迹的分析具有现实意义。本文针对枪击钢化玻璃形成的放射纹、放射末梢纹的分析，以此确定射击速度、作用方式、作用距离、作用角度等是现实迫切的需要，具有广泛的应用前景。

2 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

国外主要通过实验方法、解析方法和数值模拟方法对玻璃破碎问题进行研究。研究成果只是集中在研究玻璃的安全性、可靠性和玻璃毁伤效应等方面[1]。关于玻璃破碎裂纹分析和枪击钢化玻璃破碎裂纹特征则鲜有文献涉及此类的研究和探讨。

2.2 国内研究现状

孙冬、戴林等主要通过实验法制作普通玻璃破碎样本，分析击穿和切向裂纹与钢珠直径、抛射速度及玻璃厚度之间的相关性；分析击穿与形态特征之间的相关性[2]。初期设定700m/s、400 m/s 、300 m/s、100 m/s、70m/s 、50 m/s、30 m/s速度条件下进行模拟实验，统计裂纹特征，得出在枪击100m/s以上和抛击70m/s以下形成的玻璃破碎裂纹特征表象差异较大，易于区分，理论已经趋于成熟；并建立了不同客体、不同速度、不同厚度玻璃破碎裂纹的样本库；确定了不同厚度玻璃破碎裂纹的临界特征。

杨通、李磊通过实验对54式手枪、77式手枪、81式步枪弹着痕迹进行观察和分析，分析了这些枪支在平纹棉布、帆布、遮光布和绸缎上弹着痕迹的特征，以及纺织物弹孔痕迹与枪支种类之间的相关性[3]。

目前，研究主要集中于确定普通平板玻璃破碎裂纹的临界特征，为区分抛击和枪击普通平板玻璃提供数据支撑，分析确定不同客体射击速度与普通玻璃破碎裂纹的线性关系；对于钢化玻璃破碎裂纹与抛射物速度的研究仍缺乏系统性，特别是抛射物速度在 40～200m/s 范围内，射击钢化玻璃破碎裂纹形态变化规律的研究基本处于空白。

3 钢化玻璃的应力分布

钢化玻璃又称为安全玻璃，是通过物理或化学的方法，在玻璃表面形成压应力层，而内部为拉应力，钢化玻璃的应力分布（见图1），在玻璃厚度方向上呈抛物线型[4]。

图1 物理钢化玻璃的应力分布

当钢化玻璃承受弯曲负载时，钢化玻璃上层压应力逐渐增大，拉应力小，力的合成作用，在钢化玻璃中最大的拉应力不在钢化玻璃表面而移向钢化玻璃板中心[5]。钢化玻璃抗压强度比抗拉强度大很多倍，所以在同一的弯曲负载作用下，钢化玻璃并不会产生破裂。无论受到何种载荷作用，应力最集中的区域，最大拉应力超过钢化玻璃的屈服极限，裂纹就会扩展并导致钢化玻璃断裂。

4 实验材料与方法

4.1 实验材料

转轮枪，92式、64式、54式手枪，79式冲锋枪，81式步枪，小口径短弹步枪、小口径长弹步枪；300×300×5mm钢化玻璃，透明贴膜，喷雾器，钢化玻璃固定架；单反相机[6]108。

4.2 实验方法

取同一批次表面应力基本一致的钢化玻璃若干，将透明贴膜贴在钢化玻璃上，制作钢化玻璃实验样本[6]108。使用不同种类枪支对同品牌、同工艺、同一批次的钢化玻璃在近距离条件下进行射击，制作不同枪种的枪击钢化玻璃样本。由于射击距离较近，空气介质对于枪弹阻力减速的作用可以忽略不计，所以假定弹头以初速度状态撞击玻璃，弹头动能为射击钢化玻璃的弹着初始动能。

本次实验所使用枪支的初速度及初始动能的枪支特征数据（见表1）。

表1 枪支的特征数据

5 实验结果与分析

当钢化玻璃受枪击冲击波载荷作用时，入射面形成圆环形径向张应力区，自由面则形成切向张应力区，由于力的合成作用以及玻璃微弱的弯曲变形，张应力区逐渐向自由面表面移动。当钢化玻璃受冲击发生变形加大，使得张应力区不断靠近玻璃自由面，当张应力区到达自由面后同枪支冲击作用所产生的张应力区结合超过玻璃断裂极限，这时玻璃就会破碎断裂。

枪击钢化玻璃时，以末梢纹前沿为裂纹源，钢化玻璃受内应力的作用，裂纹源开始扩展分叉，如果内拉应力大，原始裂纹将会继续扩展形成分支，并且延续到整块钢化玻璃4个边框形成放射纹，放射纹在放射末梢纹之外[7]。

5.1 不同枪支弹头动能与放射末梢纹数量的相关性分析

枪击钢化玻璃，钢化玻璃同时受机械载荷和冲击波载荷作用，在层裂形成的同时，可以形成十几到几十条末梢纹，放射末梢纹为弹头贯穿钢化玻璃时在弹孔四周分布的纹线[8]。

对小口径短弹步枪、转轮枪、小口径长弹步枪、64式手枪、92式手枪、54式手枪、79式冲锋枪、81式步枪，枪击钢化玻璃中弹孔周围的放射末梢纹进行观察并统计分析，不同枪支枪击钢化玻璃放射末梢纹特征（见图2～9）。

图2 小口径短弹步枪

图3 转轮枪

图4 小口径长弹步枪

图5 64式手枪

图6 92式手枪

图7 54式手枪

图8 79式冲锋枪

图9 81式步枪

小口径短弹步枪、转轮枪弹头动能＜10Nm，放射末梢纹数量较少，密度大，近似可以看作无放射末梢纹，全部扩展到钢化玻璃的边缘；小口径长弹步枪、64式手枪、92式手枪、54式手枪、79式冲锋枪、81式步枪弹头动能＞10Nm，这时枪击钢化玻璃产生放射末梢纹，其中小口径长弹步枪、64式手枪的弹头动能＜25Nm，形成的放射末梢纹数量较多、密度稀疏、纹线较短且规则；92式手枪、54式手枪、79式冲锋枪、81式步枪弹头动能≥50Nm，弹头动能较大，形成的放射末梢纹数量更多、密度细密、纹线较长且规则。

通过对不同枪支枪击钢化玻璃形成的放射末梢纹数量分析：不同枪种弹头动能不同，放射末梢纹特征也不同，随着枪击钢化玻璃的弹头动能增加，放射末梢纹纹线数量增多，密度越来越密，纹线长度越来越长。由此，我们可以依据枪击钢化玻璃形成的放射末梢纹的数量、密度、长度和形态，基本确定枪支弹头的大致动能区间，初步确定枪支种类。

5.2 枪支射击方向与放射末梢纹前沿形态的相关性分析

不同枪种枪击钢化玻璃时，放射末梢纹断口形态统一呈柱面，在弹孔附近的断面粗糙，并附有少量条状纹，而在前沿附近则是比较平滑的镜面。前沿处形态不受枪支射击动能的影响，具有规律性、方向性：前沿形态统一为入口侧长、出口侧短[9]，箭头方向即为射击方向（见图10）。

图10 放射末梢纹前沿形态与射击方向示意图

枪击钢化玻璃形成的放射末梢纹断口形态特征（见图11），通过观察放射末梢纹的前沿形态，来判断枪支作用玻璃的射击方向。放射末梢纹的前沿形态与玻璃厚度方向平行，此时前沿形态长的一侧为入口侧，前沿形态短的一侧为出口侧，射击方向由入口侧指向出口侧，故垂直指向纸面的方向为射击方向。

由于枪击钢化玻璃形成的放射末梢纹比较细密，不像枪击普通平板玻璃时能够产生断面明显的放射末梢纹，故在涉枪案件中玻璃破碎痕迹的检验与鉴定中要细致观察放射末梢纹前沿形态的特征，根据放射末梢纹的前沿形态可以判断枪支的射击方向。

5.3 不同枪支弹头动能与放射纹数量的相关性分析

枪击钢化玻璃样本中闭合圆环区内部放射纹数量特征标示（见图12），黑色加粗虚线圆环绕过的纹线为闭合圆环区内部的放射纹，我们以黑色圆点处所在的放射纹为基点，以顺时针方向环绕黑色虚线圆环逐根查取放射纹线数量，统计不同动能区间转轮枪、小口径短弹步枪、64式手枪、小口径长弹步枪、92式手枪、54式手枪、79式冲锋枪、81式步枪枪击钢化玻璃样本的放射纹纹线数量，对纹线数量进行数据统计，在每种枪种的4组数据中选择高度相关的3组数据（见表2）。

图11 放射末梢纹的断口形态特征图

图12 闭合圆环区内部放射纹数量特征标示

表2 闭合圆环区内部的放射纹条数数据统计

转轮枪枪弹弹头速度为200m/s，弹头动能为9.2Nm，其放射纹数量基本固定在83条左右；小口径短弹步枪枪弹弹头速度为210m/s，弹头动能为5.6Nm，其放射纹数量基本固定在84条左右；小口径长弹步枪枪弹弹头速度为310m/s，弹头动能为12.7Nm，其放射纹数量固定在98条左右；64式手枪枪弹弹头速度为305m/s，弹头动能为22.8Nm，其放射纹数量基本固定在102条左右；54式手枪枪弹弹头速度为420m/s，弹头动能为49.5m/s，其放射纹数量基本固定在105条左右；92式手枪枪弹弹头速度为350m/s，弹头动能为50Nm，其放射纹数量基本固定在106条左右；79式冲锋枪枪弹弹头速度为515m/s，弹头动能为74.4Nm，其放射纹数量基本固定在116条左右；81式步枪枪弹弹头速度为720m/s，弹头动能为209Nm，其放射纹数量基本固定在120条左右。

其中54式手枪与79式冲锋枪统一配用51式手枪弹，其枪支弹头是完全相同的，但是枪支弹头初始速度不同，所以枪支弹头动能也就不同。故放射纹的数量仅仅与枪支弹头动能相对应，由此可以建立枪支弹头动能与放射纹条数的相关性。54式手枪枪弹弹头动能为49.5Nm，其放射纹数量基本固定在105条左右；79式冲锋枪枪弹弹头动能为72.9Nm，其放射纹数量基本固定在116条左右。基于此，可以确定枪支弹头动能越大，放射纹数量越多。所以，我们可以假设放射纹的数量与弹头动能具有正相关的关系。

通过比对表格中的统计数据验证，小口径长弹步枪、64式手枪、92式手枪、54式手枪、79式冲锋枪、81式步枪弹头动能与放射纹数量符合上述规律：枪击钢化玻璃形成的放射纹数量与弹头动能具有正相关的关系。而对于转轮枪与小口径短弹步枪来说，产生的放射纹数量在动能变化区间内变动不大，基本固定在83～84条左右。

我们可以通过下面理论解释这一现象：枪支弹头冲击钢化玻璃时，冲击波的应力强度与弹头动能具有正相关的关系。弹头动能较低时，在弹孔四周形成的裂纹源基本相同，产生的放射纹数量在动能变化区间内变动不大；当弹头动能较大时，随着弹头动能变大，应力波的强度随之变大，产生的纵波振幅及驻波波幅变大，钢化玻璃的破坏更加严重，在弹孔四周形成的列裂纹源增加，从裂纹源沿着最大张应力的扩展放射纹条数增加。

通过枪支弹头动能与放射纹数量的相关性分析：当弹头动能较低时（10Nm以下），放射纹数量基本不变；当弹头动能较高时，弹头动能的变化，使钢化玻璃裂纹特征中的放射纹产生变化，枪击钢化玻璃形成的放射纹数量与弹头动能具有正相关的关系。由此根据玻璃破碎放射纹的纹线数量，确定发射枪支的弹头动能，更加精准确定发射枪支种类。

6 结论

本文研究总结枪击钢化玻璃放射纹、放射末梢纹形态和数量等特征，根据放射末梢纹的前沿形态确定枪支弹头的射击方向；依据枪击钢化玻璃形成的放射末梢纹的数量、密度和长度，基本确定枪支弹头的大致动能区间，初步确定枪支种类；根据放射纹的数量，基本确定发射枪支的弹头动能，更加精准确定发射枪支种类；为涉枪玻璃破碎案件中枪种的确定提供一种识别方法。