高速拋擊平板玻璃形成破碎特征的相關因素研究

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，觀測各種破碎特征的形成情況。運用統計原理，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性，擊穿與形態特征之間的相關性。結果 擊穿和切向裂紋與鋼珠直徑、拋射速度呈正相關，與玻璃厚度呈負相關；擊穿與切向裂紋、脫落現象不相關，與孔洞最小直徑對5mm厚度的玻璃呈正相關，對8mm厚度的玻璃不相關。結論 破碎特征形成的相關因素包括鋼珠直徑、拋擊速度和玻璃厚度，破碎特征之間相關性較小。

關鍵詞：平板玻璃 破碎特征 相關因素 擊穿 切向裂紋

中圖分類號：TU382 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0008-02

高速拋擊平板玻璃類案件發案數量多，拋射裝置和拋射物種類廣，拋射速度區間大，導致此類案件破案率較低，已經成為刑偵技術亟待解決的重點問題。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因素，可為案件偵破提供線索。

擊穿和切向裂紋是兩個具有重要偵破價值的破碎特征，脫落現象和孔洞直徑等形態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性，檢驗擊穿與形態特征之間的相關性，從而確立形成破碎特征的相關因素，為估算拋射速度、判斷拋射裝置類型、推測拋射物散落方位以便尋找拋射物、最終為檢驗鑒定提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

“快拍吹”改造發射裝置（自制，可以不同速度發射鋼珠），優質鋼珠（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），電子測速儀（FLGM—V槍彈激光測速儀，帆鷹警用器材新技術有限公司），玻璃固定架（自制），單反相機（尼康D5200），相機固定架（CX-560，尼康），其他常規材料包括比例尺、白紙、20mm寬透明膠帶等，購自超市。

1.2 實驗方法

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

1.3 數據分析

根據概率學原理，設擊穿或形成切向裂紋為事件發生，未擊穿或未形成切向裂紋為事件未發生。由于發生或未發生具有偶然性，則每項實驗重復數次（20次），令連續4次發生或連續6次試驗中有5次發生1次未發生即可視為事件發生，同理，連續4次未發生或連續6次實驗中5次未發生1次發生即可視為事件未發生。在a=0.2水平上兩種情況發生概率分別為P41=0.66和C16P51（1-P發）=0.62。由此按照事件發生情況將拋射速度劃分為3個區間：未發生區間、過渡區間和發生區間，區間的臨界值體現發生與拋射速度之間的相關性，與此同時觀測發生與鋼珠直徑和玻璃厚度的相關性。擊穿與形態特征之間相關性的檢驗，通過比對擊穿或未擊穿的形態特征，采用SPSS（IBM SPSS Statistics 22）進行統計，得出相關系數γ及其檢驗水平α，在α≤0.2水平上，0.6≤|γ|≤1表明具有相關性，γ正值為正相關，γ負值為負相關[3]。

2 結果

2.1 擊穿與拋射速度、鋼珠直徑和玻璃厚度的相關性

擊穿是指拋射物在與玻璃發生作用后穿透玻璃，散落在玻璃自由面一側。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，觀測擊穿情況。結果如表1所示，（1）當鋼珠直徑確定（8mm或6mm），玻璃厚度大者（8mm）擊穿區間速度的臨界值大（150.3>109.2），表明擊穿不易發生（其中直徑6mm鋼珠對8mm厚玻璃不能發生擊穿），即擊穿的發生與玻璃厚度負相關；（2）當玻璃厚度確定（5mm或8mm），鋼珠直徑大者（8mm）擊穿區間速度的臨界值?。?09.2<125.8），表明擊穿容易發生，即擊穿的發生與鋼珠直徑正相關；（3）當鋼珠直徑與玻璃厚度均確定，拋射速度無法擊穿區間<過渡區間<擊穿區間，表明拋射速度大擊穿容易發生，即擊穿的發生與拋射速度正相關。

2.2 切向裂紋與拋射速度、鋼珠直徑和玻璃厚度的相關性

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，觀測切向裂紋形成情況。結果如表2所示，（1）當鋼珠直徑確定（8mm或6mm），玻璃厚度大者（8mm）切向裂紋形成區間速度的臨界值大（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相關；（2）當玻璃厚度確定（5mm或8mm），鋼珠直徑大者（8mm）切向裂紋形成區間速度的臨界值?。?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；（3）當鋼珠直徑與玻璃厚度均確定，未形成區間速度<過渡區間速度<形成區間速度，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。

2.3 擊穿與形態特征的相關性

切向裂紋、脫落現象和孔洞最小直徑是案件偵破中經常應用的形態特征。本研究通過比對擊穿與未擊穿的形態特征，檢驗擊穿與切向裂紋、脫落現象和孔洞最小直徑之間的相關性，實驗結果如表3所示，（1）切向裂紋的相關系數|γ|<0.6，表明擊穿與切向裂紋二者不相關；（2）脫落現象的相關系數|γ|<0.6，表明擊穿與脫落現象二者不相關；（3）孔洞最小直徑的相關系數中，對于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；對于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。

3 討論

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

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，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，每兩條放射裂紋間的玻璃介質受載荷的持續作用發生彎曲，使入射面所受圓環狀徑向張應力增大，若張應力在某一半徑上超過玻璃的強度極限，則玻璃將沿著圓環從入射面開始斷裂，形成切向裂紋。本研究結果顯示，切向裂紋的形成與鋼珠直徑和拋射速度呈正相關，與玻璃厚度呈負相關。

經常用于偵破的形態特征包括切向裂紋、脫落現象和孔洞最小直徑。本研究通過比對統計檢驗擊穿與這些形態特征的相關性。結果顯示，擊穿僅與厚度5mm玻璃的孔洞最小直徑呈正相關；而與切向裂紋、脫落現象和厚度8mm玻璃的孔洞最小直徑均不相關。

綜上所述，本研究結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，與玻璃厚度呈負相關；擊穿與切向裂紋、脫落現象以及厚度8mm玻璃的孔洞最小直徑不相關，僅與厚度5mm玻璃的孔洞最小直徑呈正相關。以上這些結論將為高速拋擊平板玻璃類案件的偵破提供理論依據。

參考文獻

[1] 戴林.特殊痕跡檢驗[M].北京：警官教育出版社，1994.

[2] 王澤平，黃風雷，惲壽榕.脆性動態斷裂模型[J].高壓物理學報，1991，5（2）：90-97.

[3] 龍永紅.概率論與數理統計[M].2版.北京：高等教育出版社，2004.