钢珠撞击玻璃角度与孔洞痕迹的关系

摘 要：目的：研究弹弓发射钢珠撞击玻璃的孔洞痕迹与撞击角度的关系。方法：使用弹弓发射钢珠弹射玻璃，观测多种角度下的孔洞特征。结果：中心孔的椭圆长轴与撞击角度一致的出现率是68.25%;层裂区形态多变，其椭圆长轴或短轴与撞击角度一致的出现率分别为25%、37.5%，不一致的占25%;孔壁坡面在飞来侧角度小、飞去侧角度大的出现率为78%。结论：中心孔形态稳定轴向和孔壁坡面角度与撞击角度的关系稳定，可靠，可用于指示钢珠撞击角度。

关键词：钢珠;玻璃;角度;孔洞;环形纹

0. 引言

在日常工作和生活中常出現车船、建筑物门窗玻璃被弹弓发射钢珠损坏的现象，给人们带来诸多的财物、人身损害和精神负担。公安部门要正确认定案/事件性质，采取适当的追责和惩罚措施，先要判断发射位置、识别和寻找发射工具与发射者。孔洞是钢珠撞击玻璃形成的最常见痕迹。利用孔洞特征判断发射角度，可以在执法办案中发挥关键作用。

1.材料与方法

实验材料 实验工具选用常见的 “不打鸟”牌S001型号弹弓架，匹配250mm长、15mm宽、0.55 mm厚的单层“普雷莎斯”牌扁平皮筋带，和直径8mm、重2.1g的实心钢珠，以及4mm厚的普通平板玻璃。样本制作与观察 为简化问题，将发射距离与皮筋拉伸长度限定在1.5-3米与拉长一倍，即撞击速度相近条件下，聚焦撞击角度与孔洞特点的关系。选用90°、78°、60°、45°、30°、20°六种角度，发射钢珠撞击平板玻璃。在放大镜下观测痕迹特征，拍照以作记录。

2结果

钢珠撞击平板玻璃64次均未穿透，被玻璃板反弹或失去动能后坠于下方的箱内。经测量，直径8mm的钢珠撞击玻璃形成类圆形孔洞，直径在1.5mm-7mm范围内变化。

2.1孔洞形态与撞击角度的关系

当钢珠撞击角度近似90°时，从受撞击背面即自由面观察玻璃，中心孔洞状缺损区形似正圆，分布均匀;当钢珠斜向撞击玻璃时，中心孔近似椭圆形，直径出现长短轴分布。在本实验的64个孔洞中，除12个孔洞因残缺无法确定轴向外，44个孔的椭圆长轴与撞击角度在同一直线上，指向一致（见图1，文中配图展示的孔洞均为玻璃板射出面，黑色箭头表示撞击角度，下同）出现率达68.75%，余下8/64个孔的长轴指向偏离撞击角度，虽不在一条直线上，但较为接近（见图2），占比12.5%（见表1）。

环绕在中心孔外的碎片逐层剥离的区域，被称为层裂区。其整体形态基本保持类圆形，但具体形态既不规则，也不稳定。首先，层裂区是否为正圆形与钢珠撞击玻璃角度之间没有明显的因果联系。即便钢珠是垂直撞击玻璃，层裂区形态也未必呈现正圆。同时，当钢珠斜向撞击玻璃板时，层裂区形态可近似圆形或椭圆形，两种可能性皆有，且均不规则。其次，椭圆形层裂区的长轴指向与撞击角度的关系不稳定，长轴指向与撞击角度一致的孔洞出现16个（见图3），在实验中出现率约占25%;

观察自由面上的孔洞内壁坡面，撞击角度小于78°时，孔壁在钢珠飞来与飞去两侧的坡面形态表现出明显差异;大于78°，差异不明显。孔壁坡面在飞来侧较薄、角度较小即坡面更平缓，飞去侧坡面较厚、坡度更陡峭（见图6），出现率78%。此结果与已有研究相似。[2]未观察到尖刀形羽毛状玻璃碎片脱落在孔缘两侧存在的差异[3]。

3讨论

3.1中心孔形态与撞击角度的关系表现出明显的规律性

在所有样本中，孔长轴与撞击角度的指向一致性占比达到68.5%。二者方向近似的情况占比12.5%。整体来看，孔长轴与撞击角度的指向一致性很明确，规律稳定、可靠。因此，可依据孔洞的椭圆长轴指向推断钢珠撞击角度。玻璃断裂的内部原理是由于韧性差，一旦受力部位引起的应力值超过材料承受极限就会迅速发生局部断裂来释放部分应力，直到材料能承受并重新分布应力。受力方向决定了应力的方向进而是断裂的方向。所以，玻璃受钢珠撞击部位会产生一系列的材料断裂与碎块脱落，造成孔洞状缺损。孔洞的位置和形态反映出受撞击部位和作用方向及角度。玻璃碎块陆续脱落的过程，造成中心孔洞被多次地改写、覆盖而成。如过多的碎块脱落遗留下不完整的孔洞状缺损，或孔洞形态变形。因可塑性差，玻璃被钢珠撞出的孔洞，往往只能部分地记录和反映钢珠的造痕作用特点。

3.2层裂区的形态与撞击角度关系未表现出明显规律

依据孔洞的层裂区形态特点判断撞击角度是不可靠的。中心孔的形态比层裂区形态更稳定。相比层裂区的椭圆长轴和短轴，中心孔的椭圆长轴与撞击角度的关系反映出更明确、可靠的规律性，因此，孔的椭圆长轴具有更好的指示撞击角度的作用。应该优先使用孔长轴判明撞击角度。这种现象仅限定在本实验中由辐射纹间隔成区块的层裂区内，无辐射纹和末梢纹的孔洞不在此讨论范围。

3.3孔壁坡面在飞去侧较陡、厚、不规则，在飞来侧较平缓、薄、较规则

这些形态差异是钢珠撞击玻璃时对孔缘两侧作用不均衡造成更多碎块脱落形成的。撞击瞬间，受力不平衡的钢珠由飞来侧顺势向飞去侧滚动，对孔缘的飞去侧除碰撞外，还发生碾压作用，使其产生更多断裂和碎块脱落。

4结论

在孔洞的几种特征中，中心孔形态和孔壁坡面形态稳定、特征可靠，可指示撞击角度。层裂区形态多变、与撞击角度关系不明确。中心孔的椭圆长轴与撞击角度一致，孔壁坡面较陡、厚、角度大的一侧为钢珠飞去侧。必须注意，利用孔洞形态特征可大致推断撞击角度，但有时不够精准。这不仅因为玻璃本身属于玻璃态，密度不均匀，而且玻璃板材质也非绝对纯净，往往内有气泡或杂质。因此，玻璃断裂过程中除受撞击方式、方向、角度等因素影响外，还被上述偶然因素干扰，最终影响断裂形态的变化。因此实践中应尽量综合多种依据，谨慎辨别，防控错判风险。

参考文献：

[1]崔志岗，胡刚林波.玻璃弹孔痕迹分析射击方向的研究[J].中国公共安全，2019（1）：110-112.

[2]董必强，刘轩，于小勇，等.倾斜角度射击与玻璃破碎痕迹分析[J].刑事技术，2018，43（5）：351-356.

[3]杜周绩，等.钢珠弹丸侵彻玻璃的痕迹研究[J].科技视界，2017（2）：70-73.

作者简介：

李力（1971—），女，汉族，山东济宁人，山东警察学院，副教授，硕士，物证检验研究。

基金项目：山东警察学院科研项目;项目内容：孔洞状玻璃断裂痕迹的特征与形成机制;项目编号：YKJYB201702。