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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/40839
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Title: The influence of firearms and ammunition properties on the effectiveneses of automated ballistic correlations
Authors: Santos, Lehi Sudy dos
metadata.dc.contributor.email: lehisudy@gmail.com
Orientador(es):: Muterlle, Palloma Vieira
Coorientador(es):: Silva, Cosme Roberto Moreira da
Assunto:: Ciência dos materiais
Ciências forenses
Armas de fogo - identificação
Comparação automatizada
Correlações - eficácia
Issue Date: 7-May-2021
Citation: SANTOS, Lehi Sudy dos.The influence of firearms and ammunition properties on the effectiveneses of automated ballistic correlations. 2020. 303 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.
Abstract: Esta pesquisa investiga propriedades físicas, mecânicas e geométricas de armas de fogo e munições, para determinar quais são os fatores que mais influênciam a eficácia de correlações balísticas automatizadas, que são realizadas por sistemas que correlacionam deformações plásticas impressas nos componentes de munição durante o processo de disparo. Para possibilitar este estudo 1684 componentes de munição, disparados com diferentes tipos de munição de revólveres .38SPL, e pistolas 9x19mm e .40S&W, foram digitalizados nos sistemas de identificação balística Arsenal® , Evofinder® , e IBIS® . Um critério de eficácia, baseado na acurácia das listas de resultado disponibilizadas pelos sistemas, foi utilizado para medir o grau de influência de parâmetros das armas e das munições na eficácia das correlações automatizadas. Um decaimento exponencial foi encontrado para a eficácia como função do tamanho do banco de dados em diversos calibres e sistemas. Devido aos valores e características do decaimento observado a influência do crescimento do banco de dados mostrou-se menos crítica do que anteriormente considerada. Análise de variança (ANOVA) suporta influência significativa da dureza dos projéteis, uma maior diferença na dureza entre os projéteis comparados resultando em 0.16, 0.18 e 0.13 menor eficácia nos sistemas Arsenal®, Evofinder®, e IBIS®. Composição e tipo de projétil, tipo de cano, fabricante da arma, calibre, número de padrões cadastrados, e tipos de correlações realizadas em cada sistema foram fatores adicionais com influência relevante na eficácia das correlações com projéteis. ANOVA revelou variação estatisticamente significativa também da energia de disparo nas correlações de estojos por marca de culatra, resultando em média 0.04, 0.006, e 0.09 decréscimo na eficácia de cada sistemas. Já por pino percutor, não houve evidência contra a hipótese nula, com exceção do sistema IBIS®, com variação de 0.12 na eficácia em função da energia de disparo. Adicionalmente, uma relação entre a velocidade do projétil, e consequentemente da energia de disparo, foi estabelecida com a massa e composição do propelente, a massa do projétil, o tipo e comprimento do cano, e o arrasto ao que o projétil é submetido dentro do cano. Outros fatores com influência relevante na correlação com estojos foram o tipo de estojo, calibre, número de padrões cadastrados, tipos de correlações realizadas, profundidade da marca de percussão, e presença da marca de bigorna. Uma comparação de eficácia pelo fabricante da arma revelou que a unicidade e reprodutibilidade das marcas geradas não são os únicos fatores para uma correta correlação tanto com projéteis quanto com estojos, uma vez que se obteve diferenças de desempenho significativas entre os sistemas avaliados. Ou seja, os fatores que influenciam a deformação plástica afetarão a eficácia da correlação, mas as possibilidades de identificação correta também dependem da precisão e da capacidade dos algoritmos empregados. Os resultados permitiram a identificação de diferenças em desempenho e fatores de influência que podem ser utilizados para refinar os sistemas, bem como para o estabelecimento de protocolos de operação dos sistemas por calibre, visando desta forma aumentar a probabilidade de identificação da arma fonte.
Abstract: This research investigates the physical, mechanical and geometric properties of firearms and ammunition, to determine which are the factors that most influence the effectiveness of automated ballistic correlations, which are performed by systems that correlate plastic deformations printed on the ammunition components during firing. To enable this study, 1684 ammunition components, fired with different types of ammunition from .38SPL revolvers, and 9x19mm and .40S&W pistols, were digitized in the Arsenal®, Evofinder®, and IBIS® ballistic identification systems. An effectiveness criterion, based on the accuracy of the result lists made available by the systems, was used to measure the degree of influence of firearms and ammunition properties on the effectiveness of automated correlations. An exponential decay was found for effectiveness as a function of the database size in various calibers and systems. Due to the values and characteristics of the observed decay, the influence of the database growth proved to be less critical than previously considered. Variance analysis (ANOVA) supports significant influence of bullet hardness, a greater difference in hardness between the compared bullets resulting in 0.16, 0.18 and 0.13 decrement in the effectiveness of Arsenal®, Evofinder ®, and IBIS®. Bullet composition and type, barrel type, firearm manufacturer, caliber, number of registered test-fires, and types of correlations performed in each system were additional factors with a meaningful influence on the effectiveness of the bullet correlations. ANOVA also revealed a statistically significant impact of the discharge energy in the cartridge case correlations by breech face, resulting in average 0.04, 0.006, and 0.09 decrease in effectiveness of each system. For the firing pin correlations, there was no evidence against the null hypothesis, with the exception of the IBIS® system, with a variation of 0.12 in effectiveness as a function of the discharge energy. In addition, a relationship between the velocity of the bullet, and consequently the discharge energy, was established with the mass and composition of the propellant, the mass of the bullet, the type and length of the barrel, and the drag to which the bullet is subjected within the barrel. Other factors with a relevant influence on the cartridge case correlations were the type of cartridge case, caliber, number of registered test-fires, types of correlations performed, depth of the firing pin mark, and presence of the anvil mark. A comparison of effectiveness by the firearm manufacturer revealed that the uniqueness and reproducibility of the marks generated are not the only factor for a correct correlation with both bullet and cartridge cases, since significant performance differences were found between the systems assessed. That is, the factors that influence plastic deformation will affect the correlation effectiveness, but the possibilities of correct identification also depend on the accuracy and capabilities of the employed algorithms. The results allowed the identification of differences in performance and parameters of influence that can be used to refine the systems, as well as for the establishment of operation protocols of the systems by caliber, aiming in this way to increase the likelihood of identification of the source firearm
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Appears in Collections:ENM - Doutorado em Ciências Mecânicas (Teses)

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