手枪弹对人体躯干的损伤程度分析

为研究手枪弹在人体躯干中的运动规律以及对人体躯干损伤的影响,采用1951年式7.62 mm手枪弹从心脏正前方垂直入射,数值模拟结果如图7.16、图7.17和表7.9所示。

表7.9　手枪弹对人体躯干损伤的影响

图7.16显示了不同时刻手枪弹在人体躯干中的运动状态。手枪弹于492μs时击穿心脏,并且在人体躯干组织中产生了翻滚。通过与以上破片对人体躯干损伤的研究进行对比,可以发现:手枪弹对人体躯干的杀伤力更强,其造成的空腔更大,损伤程度越严重,一方面是由于手枪弹的动能要比破片大很多,另一方面是由于手枪弹稳定性较差,在人体躯干组织中产生了明显的翻滚。当手枪弹射击人体躯干组织时,由于人体躯干组织对其产生的阻力作用,手枪弹会在与人体躯干组织接触区产生明显的应力集中,使得手枪弹产生墩粗、变形和破碎。手枪弹的变形方式主要有:①依靠骨骼的高抗拉强度和高硬度使手枪弹发生变形而破碎;②人体躯干软组织对手枪弹的挤压作用;③手枪弹射击人体躯干组织的过程中,会在接触面上产生高速压缩应力波,应力波分别向手枪弹和人体躯干组织传播,从而使手枪弹和人体躯干组织产生变形。在手枪弹变形过程中,由于钢被甲的硬度较大,而铅芯硬度较小,当受到应力的作用后,铅芯很容易发生屈服,从而导致铅芯与钢被甲之间发生相对滑动。因此,相对于钢被甲,铅芯会产生严重的磨蚀和消耗,其质量亏损较大,侵彻过程结束后,铅芯质量全部亏损掉,只剩下“环状”的钢被甲,这与张明等得到的穿甲子弹侵彻陶瓷复合装甲烧蚀阶段弹心质量损失结论相符。

图7.16　不同时刻下手枪弹在人体躯干中的运动状态

根据手枪弹在人体躯干中的运动状态,可以将其分为4个阶段:手枪弹平稳衰减阶段、手枪弹翻滚阶段、手枪弹侵彻完成阶段和瞬时空腔膨胀收缩阶段。在0～62μs内,手枪弹射击皮肤和肌肉,运动轨迹较为平稳,没有发生明显的失稳现象,此阶段为手枪弹平稳衰减阶段。在62～170μs内,由于手枪弹倾斜射击胸骨,且胸骨硬度较大,手枪弹在射击胸骨时开始产生失稳而偏向,运动方向发生变化,速度急剧减小,并释放大量能量,此阶段为手枪弹翻滚阶段。手枪弹要发生翻滚,必须具备两个条件:①要有一定距离;②要有黏滞作用的组织持续对手枪弹施加不均匀作用力。因此,翻滚阶段主要发生在肌肉等黏弹性的软组织中。正是由于手枪弹运动的不稳定,其造成的损伤要比单纯的破片伤更严重,并且在射击人体躯干过程中出现严重变形,产生的碎片会残留在人体内,如果有铅残留,则会导致铅中毒。手枪弹在人体躯干内运动结束后的阶段称为手枪弹侵彻完成阶段。侵彻过程结束后,空腔会继续膨胀,并在某一时刻出现最大空腔,之后开始收缩,此阶段称为瞬时空腔膨胀收缩阶段。(www.xing528.com)

图7.17显示了手枪弹在人体躯干中的运动规律。手枪弹击穿心脏后的剩余速度为200.73 m/s,剩余能量为70.14 J,其中剩余动能为43.57 J。由于将手枪弹作为变形体进行研究,因此,手枪弹在射击人体躯干组织的过程中,会有动能和内能的变化,一部分动能会传递给人体躯干组织,而另一部分动能会转化为自身的内能,而刚体破片作为非变形体,在射击人体躯干的过程中,只会有动能的变化,并没有内能的变化。

图7.17　手枪弹的运动规律

(a)手枪弹总能量变化曲线;(b)手枪弹动能变化曲线;(c)手枪弹速度变化曲线;(d)手枪弹位移变化曲线

数值模拟结果表明:手枪弹可以击穿心脏,并且在人体躯干组织中产生了明显的翻滚和失稳现象,导致手枪弹造成的空腔尺寸要比破片造成的空腔大得多,伤道也更复杂。同时,手枪弹在射击人体躯干的过程中,出现了严重的墩粗、变形和破碎,产生的钢碎片和铅碎片停留在人体躯干内。因此,手枪弹对人体躯干的损伤更为严重。

总体来说,破片动能、速度、质量、尺寸、形状和命中部位均会显著影响人体的损伤程度,影响趋势表现为人体损伤程度随着破片动能、速度和质量的增大而增大,随着破片尺寸和形状系数的增大而减小,而破片只击中软组织所造成的损伤要大于击中硬组织所造成的损伤。因此,以动能、比动能、速度和质量等单一的特征参数作为破片杀伤判据来评价破片对人体的损伤并不准确和全面。另外,尽管以人员丧失战斗力的条件概率为破片的杀伤判据考虑了破片速度、质量和形状的影响,但并未考虑破片命中部位的影响,也无法真实、科学、全面地反映出破片对人体的实际损伤情况。