抛射物入射角度与玻璃破碎裂纹相关性的研究

张贝贝

（安徽公安职业学院，安徽合肥）

玻璃碎片及形态是案发现场常见的物证形式，通过对玻璃的物证研究，达到确定玻璃来源与种类的目的，分析玻璃破碎原因等，为案件的取证、重建和侦破提供线索和证据。特别是枪击类案发现场玻璃是现场勘验的重点内容，在现实情况中嫌疑人多数使用的是配备有钢珠的仿真手枪，在室内发生的仿真钢珠手枪伤人事件比比皆是，法庭科学人员也常常会遇到玻璃、玻璃碎片等物证形式。据统计在绝大多数仿真枪案件中，钢珠撞击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抛射物（钢珠）与其在玻璃上形成破碎裂纹两者之间的关联性，无论是对于案件侦破，还是判定嫌疑人开枪方位都有着显著意义。本文重点研究了抛射物由于入射角度的不同，在玻璃上产生的破碎裂纹情况，利用抛射物（钢珠）通过高压气体抛射装置撞击普通平板玻璃表面形成的裂纹，记录在载荷作用下弹珠从不同的入射角在玻璃上产生的裂纹情况，通过比对分析破碎裂纹形态，从相同钢珠不同角度以及不同直径钢珠相同角度两方面进行实验，分析实验数据得出钢珠在不同入射角度与玻璃破碎裂纹之间的相关性，便于以后侦查实践工作的应用。

一、实验过程

（一）实验仪器与材料

300mm×300mm×5mm普通平板玻璃、Ф8mm钢珠、Ф9mm钢珠、内径为8mm、9mm钢管；激光测速仪、木质玻璃架、高压气体抛射装置；胶带、剪刀、防爆手套、单反相机、洁净抹布、量角器、游标卡尺、三脚架、缓冲棉垫、纸盒。

（二）实验步骤

利用高压气体抛射装置，释放的后钢珠穿过激光测速仪后，撞击固定在木质玻璃架上的平板玻璃，依次完成15°30°、45°入射角度的实验。实验装置摆放如图1。实验完成后做好数据记录分析，妥善保管好被击打过的玻璃样本，拍摄提取固定裂纹形态后，有次序的叠放。考虑到本次实验实际效果，本次实验钢珠速度分为高速和低速两种情形，低速度为基本上只形成一个喇叭口区域，高速度为出现纹路明显且清晰的放射纹及切向纹。

图1 实验装置

（三）实验结果

本次实验钢珠对玻璃的破坏作用主要是在高速度下的应力波载荷作用和低速度下的机械载荷作用，两种作用方式不同造成的玻璃破碎裂纹形态也不一样，因此需要对实验结果分组分别讨论，这样做出的关联性分析才会可靠准确。

（1）8mm钢珠实验裂纹分布情况

使用8mm的钢珠撞击相同材质的玻璃，入射角分别是15°、30°、45°，低速度下玻璃上的裂纹形态如图2。

图2 8mm钢珠低速抛射玻璃裂纹分布

根据实验数据得出：8mm钢珠低速抛射实验裂纹中斜面状断口特征均为规则碗状，末梢纹数量少，长度变化小，呈放射状，放射纹基本不出现，出现时数量少，没有切向纹。

高速下8mm钢珠抛射玻璃形成的玻璃破碎裂纹如图3。

图3 8mm钢珠高速抛射玻璃裂纹分布

根据实验数据得出：8mm钢珠高速抛射实验裂纹中斜面状断口特征均为不规则碗状，末梢纹密度大，呈放射状，形态细直；放射纹在入射角度15°、30°时密度大，呈网状分布，分叉多，入射角度45°时密度小，呈网状分布，分叉少；出现切向纹，入射角度15°时出现少数弧状切向纹，入射角度30°时数量多，呈圆环状，入射角度45°时数量少，呈直线状。

（2）9mm钢珠实验裂纹分布情况

使用9mm的钢珠撞击相同材质的玻璃，入射角分别是15°、30°、45°，低速下玻璃破碎裂纹形态如图4。

图4 9mm钢珠低速抛射玻璃裂纹分布

根据实验数据得出：9mm钢珠低速抛射实验裂纹中斜面状断口特征均为规则碗状，末梢纹数量少，45°时长度大，较直；放射纹在入射角度15°、30°时数量少，线条短，入射角度45°时密度小，数量少，线条较长；没有出现切向纹。

高速下9mm钢珠抛射形成的玻璃破碎裂纹形态如图5。

图5 9mm钢珠抛射玻璃裂纹分布

根据实验数据得出：9mm钢珠高速抛射实验裂纹中斜面状断口特征均为不规则碗状，末梢纹均密度大，呈放射状，入射角度15°时形态细直，30°时孔洞处断面粗糙；放射纹在入射角度15°时密度小，网状分布，形态较弯曲，入射角度30°时密度大，形态弯曲，长度大，分叉小，入射角度45°时密度大，呈网状分布，形态弯曲，长度大，有分叉结构；出现切向纹，入射角度15°时少量圆环状切，无直线状，入射角度30°时出现圆环状及直线状切向纹，入射角度45°时较多的出现圆环状以及直线状切向纹。

二、实验结论

本论文主要是钢珠从不同入射角度抛射普通平板玻璃后，对形成的玻璃破碎裂纹与入射角度两者之间的相关性进行分析：主要研究了不同直径的钢珠分别在15°、30°、45°入射角度下，与在玻璃表面形成的裂纹之间的关系特点，经过分析得出如下结论：

1.随着入射角度的增大，低速度时候在作用点附近所形成的喇叭口区域（存在完整的喇叭口形态），撞击所形成的雾面玻璃裂纹区域会向着钢珠前进方向一侧偏移，同时雾面区域面积增大。随着入射角度的增大，高速下，在玻璃上形成的孔洞会由较为规则的圆形逐渐变化为椭圆形，椭圆的短轴长相对减少。

2.随着入射角度的增大，钢珠抛射在平板玻璃自由面上形成的斜面状断口（圆台形张力应力面）区域的形状，会由规则的圆台形断面逐步递变为椭圆形断面，并且断面形是一个长轴相对变长，短轴长相对变短的椭圆形。

3.随着入射角度的增大，不论是15°、30°以及45°条件下，在玻璃表面形成的放射纹与切向纹形态及分布上，没有明显的随着角度变化的趋势特征。