具有混合接合处的义足

摘要

本发明提供一种义足，所述义足具有板状足构件，所述板状足构件具有核心区段、上部区段和下部区段，所述核心区段基本上由包含第一材料纤维的一层或多层限定，所述上部区段被布置在所述核心区段之上，所述上部区段基本上由包含第二材料纤维的一层或多层限定，而所述下部区段被布置在所述核心区段之下，所述下部区段基本上由包含第三材料纤维的一层或多层限定，其中所述上部、下部和核心区段一起限定所述板状细长足构件的总厚度。各区段的横截面面积的理想化比率可以被确定成使得，在提供至混合接合处的载荷下，给定区段的最大应力与所述给定区段的抗弯强度之比对于混合接合处的所有区段近似相等。所述混合接合处的布置方式可以具有更大的强度，但是通常具有与由碳纤维制成的类似足构件相同的刚度。

权利要求

1.一种义足，其包括：

板状细长足构件，所述板状细长足构件包括设置在彼此之上的至少第一区段和第二区段，所述第一区段包括包含第一纤维材料的一个或多个层，所述第二区段包括包含第二纤维材料的一个或多个层，所述第一纤维材料不同于所述第二纤维材料，所述第二区段被布置在所述第一区段之上，其中所述第一区段和所述第二区段一起限定组合件；

其中所述组合件的整体强度大于被定型成与所述组合件具有相同的刚度的假想的单区段板状足构件的强度，其中所述假想的单区段板状足构件全部仅由包含所述第一纤维材料或所述第二纤维材料的一个或多个层制成，并且其中所述组合件的整体厚度在所述假想的单区段板状足构件的50％以内。

2.权利要求1的义足，其中所述组合件的整体厚度在所述假想的单区段板状足构件的

25-40％以内。

3.权利要求1的义足，其中所述第一区段包含碳纤维并且所述第二区段包含玻璃纤维。

4.权利要求1的义足，其中所述第一区段包含玻璃纤维并且所述第二区段包含碳纤维。

5.权利要求1的义足，其中所述足构件进一步包括被布置在所述第二区段之上的至少第三区段，并且其中所述第三区段的厚度等于所述第一区段的厚度。

6.权利要求1的义足，其中所述第一区段的刚度低于所述第二区段的刚度。

7.权利要求1的义足，其中所述第一区段在所述足构件中的比例大于所述第二区段在所述足构件中的比例。

8.权利要求1的义足，其中所述第一区段在所述足构件中的比例小于所述第二区段在所述足构件中的比例。

9.一种义足，其包括：

板状细长足构件，所述板状细长足构件包括设置在彼此之上的至少第一区段和第二区段，所述第一区段包括包含第一纤维材料的一个或多个层，所述第二区段包括包含第二纤维材料的一个或多个层，所述第一纤维材料不同于所述第二纤维材料，所述第二区段被布置在所述第一区段之上，其中所述第一区段和所述第二区段一起限定组合件；

其中所述组合件的整体挠性大于被定型成与所述组合件具有相同的强度的假想的单区段板状足构件的挠性，其中所述假想的单区段板状足构件全部仅由包含所述第一纤维材料或所述第二纤维材料的一个或多个层制成，并且其中所述组合件的整体厚度在所述假想的单区段板状足构件的厚度的10％以内。

10.权利要求9的义足，其中所述第一区段包含碳纤维并且所述第二区段包含玻璃纤维。

11.权利要求9的义足，其中所述第一区段包含玻璃纤维并且所述第二区段包含碳纤维。

12.权利要求9的义足，其中所述足构件进一步包括被布置在所述第二区段之上的至少第三区段，并且其中所述第三区段的厚度等于所述第一区段的厚度。

13.权利要求9的义足，其中所述第一区段的刚度低于所述第二区段的刚度。

14.权利要求9的义足，其中所述第一区段在所述足构件中的比例大于所述第二区段在所述足构件中的比例。

15.权利要求9的义足，其中所述第一区段在所述足构件中的比例小于所述第二区段在所述足构件中的比例。

16.一种义足，其包括：

板状细长足构件，所述板状细长足构件包括：

核心区段，所述核心区段由包含第一材料纤维的一层或多层限定；

上部区段，所述上部区段被布置在所述核心区段之上，所述上部区段由包含第二材料纤维的一层或多层限定，以及下部区段，所述下部区段被布置在所述核心区段之下，所述下部区段由包含第三材料纤维的一层或多层限定；

其中所述上部区段、下部区段和核心区段一起限定所述板状细长足构件的总厚度；

其中所述核心区段被配置成在所述板状细长足构件经受大于所述板状细长足构件的弯曲破断力的弯曲力时衰坏，所述核心区段被配置成破裂，并且所述上部和下部区段被配置成保持完整无缺并且容纳破裂的核心区段以保持所述板状细长足构件为一个整体。

17.权利要求16的义足，其中所述第一材料纤维是碳纤维并且所述第二材料纤维和第三材料纤维是玻璃纤维。

18.权利要求16的义足，其中所述第一材料纤维是玻璃纤维并且所述第二材料纤维和第三材料纤维是碳纤维。

19.权利要求16的义足，其中所述上部区段的厚度等于所述下部区段的厚度。

说明书

具有混合接合处的义足

[0001] 对相关申请的交叉引用

[0002] 本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2012年7月6日提交的美国临时申请号61/668,885的优先权的利益，所述申请的全部内容通过引用结合于此。

[0003] 发明背景发明领域

[0004] 本申请涉及义足，并且更具体地涉及具有混合材料接合处布置方式的义足。

[0005] 相关技术描述

[0006] 可以获得多种类型的义足装置来作为人足的替代品。可以由碳纤维的不同层制成的常规义足通常以多种尺寸和类型(例如，活动分类)被提供以适合于不同的使用者群体和使用者活动水平。例如，从事低冲击活动如步行和园艺的使用者可能需要具有特定刚度和/或强度的义足。而从事高冲击活动如跑步或比赛运动的使用者可能需要比低强度活动使用者的义足具有更高的强度和/或不同的刚度的义足。在常规义足中，设计义足用于增加强度需要增加义足的整体厚度并且导致刚度的相应增加(即，义足挠性或弯曲性的下降)。刚度和厚度的增加增加了足部的重量并且可能需要使用者在移动期间对足部施加更大的力。

[0007] 发明概述

[0008] 综上所述，需要改进的义足，所述改进的义足能够提供与类似尺寸的常规义足相同的挠性或刚度，同时提供与类似尺寸的常规义足相比增加的强度。此外，需要改进的义足，所述改进的义足能够提供与类似尺寸的常规义足相同的强度，同时提供与类似尺寸的常规义足相比增加的挠性。此种改进的义足将能够在与类似尺寸的常规义足相比在整体厚度和/或重量增加有限和/或最小化的情况下提供增强的强度或挠性。

[0009] 根据一个实施方案，提供义足。所述义足包括核心区段和被布置在核心区段的顶侧和底侧上的一个或多个层，使得核心区段介于外层之间。核心区段具有一个或多个碳纤维层。所述一个或多个外层具有玻璃纤维层。

[0010] 根据一个实施方案，提供义足。所述义足包括设置在彼此之上的至少第一区段和第二区段。第一区段基本上由包含第一纤维材料的一个或多个层限定并且第二区段基本上由包含第二纤维材料的一个或多个层限定。所述区段一起限定组合件并且还限定板状细长足构件的总厚度。相对于组合件的总厚度各区段的厚度被配置成使得给定区段的最大应力与所述给定区段的抗弯强度之比对于所有区段近似相等，其中给定区段的最大应力是所述区段在向组合件提供的载荷下经受的最大应力。

[0011] 根据一个实施方案，提供义足。所述义足包括板状细长足构件，所述板状细长足构件包括核心区段，所述核心区段基本上由包含第一材料纤维的一层或多层限定。所述足构件还包括被布置在核心区段之上的上部区段，所述上部区段基本上由包含第二材料纤维的一层或多层限定。所述足构件还包括被布置在核心区段之下的下部区段，所述下部区段基本上由包含第三材料纤维的一层或多层限定，其中上部、下部和核心区段一起限定板状细长足构件的总厚度。所述上部、下部和核心区段被配置成在板状构件经受大于所述板状足构件的弯曲破断力的弯曲力时基本上同时衰坏(fail)。

[0012] 根据一个实施方案，提供义足。所述义足包括设置在彼此之上的至少第一区段和第二区段。第一区段基本上由包含第一纤维材料的一个或多个层限定并且第二区段基本上由包含第二纤维材料的一个或多个层限定。所述区段一起限定组合件并且还限定板状细长足构件的总厚度。组合件的整体强度大于被定型成具有与所述组合件近似相同的刚度的假想的单区段板状足构件的强度，其中所述假想的单区段板状足构件全部仅由包含第一纤维材料或第二纤维材料的一个或多个层制成。

[0013] 根据一个实施方案，提供义足。所述义足包括设置在彼此之上的至少第一区段和第二区段。第一区段基本上由包含第一纤维材料的一个或多个层限定并且第二区段基本上由包含第二纤维材料的一个或多个层限定。所述区段一起限定组合件并且还限定板状细长足构件的总厚度。组合件的整体挠性大于被定型成具有与所述组合件近似相同的强度的假想的单区段板状足构件的挠性，其中所述假想的单区段板状足构件全部仅由包含第一纤维材料或第二纤维材料的一个或多个层制成。

[0014] 根据一个实施方案，提供义足。所述义足包括板状细长足构件，所述板状细长足构件包括核心区段，所述核心区段基本上由包含第一材料纤维的一层或多层限定。所述足构件还包括被布置在核心区段之上的上部区段，所述上部区段基本上由包含第二材料纤维的一层或多层限定。所述足构件还包括被布置在核心区段之下的下部区段，所述下部区段基本上由包含第三材料纤维的一层或多层限定，其中所述上部、下部和核心区段一起限定板状细长足构件的总厚度。所述核心区段被配置成在板状构件经受大于所述板状足构件的弯曲破断力的弯曲力时衰坏。所述核心区段被配置成破裂并且所述上部和下部区段被配置成保持完整无缺并且容纳破裂的核心区段以保持板状足构件为一个整体。

[0015] 附图简述

[0016] 图1是义足的一个实施方案的透视示意图。

[0017] 图2是具有混合接合处布置方式的义足板的横剖面的一个实施方案的示意图。

[0018] 图3是具有混合接合处布置方式的义足板的横剖面的另一个实施方案的示意图。

[0019] 图4是具有混合接合处布置方式的义足板的横剖面的另一个实施方案的示意图。

[0020] 图5是具有混合接合处布置方式的义足板的横剖面的另一个实施方案的示意图。

[0021] 图6是这样的图，其显示碳纤维义足和具有混合材料接合处的义足的强度和刚度的比较。

[0022] 图7是这样的图，其显示利用3点弯曲测试进行的碳纤维平板和具有混合材料接合处的多种不同平板的强度和刚度的比较。

[0023] 详述

[0024] 现在将参考附图来描述本发明的实施方案，其中在所有附图中同样的数字指示同样的元件。虽然以下公开了若干实施方案、实施例和图示，但是本领域技术人员将理解本文所述的发明超出具体公开的实施方案、实施例和图示并且可以包括本发明的其他用途以及其明显的改进和等效物。本文中呈现的说明书中使用的术语不意在简单地以任何受限的或限制性的方式解释，因为其连同本发明的某些具体实施方案的详述一起使用。此外，本发明的实施方案可以包括若干新的特征并且没有单个特征单独地造成其所需的属性或对于实施本文描述的发明是必不可少的。

[0025] 图1显示义足100的一个实施方案。义足100可以具有足构件10，足构件10从近侧区段12延伸到远侧区段14并且连接到有弹性的足跟构件500。在图示的实施方案中，近侧区段12可以是总体上垂直定向的，并且远侧区段12可以是总体上水平定向的。足构件10可以具有在近侧区段12和远侧区段14之间的弯曲部分(未显示)。近侧区段12可以延伸到近端12a并且可以总体上邻近天然人脚踝的位置。在一个实施方案中，远侧区段14可以延伸到通常在天然人足趾的位置处的远端14a。在另一个实施方案中，近侧区段12相对于远侧区段14可以总体上以非90°的角度倾斜(例如，以近端12a和远端14a之间基本上恒定的角度倾斜)。然而，应当理解，义足可以具有其他形状。例如，在其他实施方案中，足构件10从近端12a到远端14a可以总体上是平坦的(例如，基本上平的)。在另一个实施方案中，足构件10可以具有在近侧区段12和远侧区段14之间的弯曲的区段(例如，c形的)区段。

[0026] 在一个实施方案中，足构件10是具有总体上平坦的顶表面和底表面以及总体上矩形横剖面的板状构件。在一些实施方案中，足构件10可以由限定一个整体的多层材料形成。在一些实施方案中，足构件10可以具有一个或多个纵向缝或裂纹，其直线地或以弯曲的方式向足构件10的前方延伸。在一个实施方案中，足构件10可以具有多个这样的纵向裂纹或缝。在另一个实施方案中，一个或多个裂纹或缝可以延伸到足构件10的前缘从而限定分开的足趾元件。

[0027] 继续参考图1，义足100可以具有连接到足构件10的近侧区段12的适配器200。适配器200总体上垂直地从近端202延伸到远端204。适配器200可以具有基座210，基座210被可操作地连接至足构件10的近侧区段12。在图1中显示的一个实施方案中，基座210具有空腔以容纳足构件10的近侧区段12的至少部分。在一个实施方案中，基座210通过在足构件10的近端12a上滑动而连接到足构件10。

[0028] 在一个实施方案中，胶粘剂或粘合剂(例如，环氧树脂)可以被施用于近侧区段12或基座210的内表面以将适配器200固定至足构件10的近侧区段12。例如，可以经由与基座210的空腔连通的孔将胶粘剂注入适配器200中，以使注入的胶粘剂通过该孔流入到空腔中并且流到足构件10的近侧区段12周围。在一个实施方案中，适配器200可以具有如在图1中所示的孔206。孔206可以允许在将胶粘剂注入适配器200中时或在将适配器200套在足构件
10的近侧区段12上时空气流出空腔。在另一个实施方案中，可以使用扣件来将适配器200固定至足构件10。连接器205可以被布置在适配器200的近端202上用于将足构件10连接至假腿(prosthetic pylon)或插槽(socket)。在图示的实施方案中，连接器205是阳锥(male pyramid)连接器。然而，在其他实施方案中，连接器205可以是管夹或其他连接装置。在一个实施方案中，连接器205可以用胶粘剂或粘合剂固定到适配器200。连接器205也可以用扣件或其他硬件固定到适配器200。此外或备选地，连接器205可以通过螺纹连接至适配器200。

[0029] 在以下描述的各个实施方案中，足构件10的横剖面可以包括具有至少两个不同的材料层的混合材料接合处。可以包括本文公开的混合材料接合处实施方案的另外的义足设计可以包括冰岛Rekjavik的 的以下型号：AxiaTM，CeterusTM，ElationTM，LP CeterusTM，LP Vari-FlexTM，Modular IIITM，Re-Flex ，CheetahTM，Flex-SprintTM，Flex-RunTM， ， Junior，Sure-Flex，Vari-Flex XC RotateTM，LP RotateTM，LP Re-Flex VSP，Re-Flex RotateTM，Re-Flex ShockTM，Flex-Foot Balance，Flex-Foot Assure，和BalanceTMFoot J。

[0030] 图2显示相对于义足100的纵轴总体上为横向的足构件10的截面的一个实施方案。在图示的实施方案中，足构件10可以包括三个区段。上部区段302，其可以限定足构件10的上部表面11a，可以由第一材料的一个或多个层制成。在图示的实施方案中，上部区段302具有第一厚度11c。下部区段304，其可以限定足构件10的下部表面11b，可以由第二材料的一个或多个层制成。在图示的实施方案中，下部区段304具有第二厚度11d。中心或核心区段
306可以被布置在上部和下部区段302、304之间并且可以由第三材料的一个或多个层制成。
在图示的实施方案中，中心区段306具有第三厚度11e。在一个实施方案中，上部302、下部
304和中心306区段一起限定足构件10的厚度t。然而，应当理解，足构件10的截面可以具有比以上讨论的多或少的区段。例如，在另一个实施方案中，足构件10可以具有两个区段。在另一个实施方案中，足构件10可以具有四个以上的区段。

[0031] 在一个实施方案中，足构件10可以由两个以上的区段制成。足构件10的各区段可以由一种材料的一个或多个层制成。各区段可以由不同的材料制成并且可以具有不同的数目的层、层厚度和/或区段厚度。两个以上的区段一起可以提供混合接合处布置方式或材料结构以用于足构件10的构建。在一个实施方案中，足构件10可以由碳纤维层结合一种或多种另外的材料的层制成，所述另外的材料比碳纤维更有柔性或“更软”。

[0032] 进一步参考图2，在一个实施方案中，第一302和第二304区段的材料(即第一和第二材料)可以是相同的，并且可以不同于第三区段306的材料(即第三材料)。在这样的实施方案中，第三材料可以具有不同于第一和第二材料的刚度和/或弯曲模量。在另一个实施方案中，第一、第二和第三材料可以彼此不同，各自具有不同的刚度和/或弯曲模量。在一个实施方案中，核心区段306的厚度11e可以大于上部区段302的厚度11c并且大于下部区段304的厚度11d。在一个实施方案中，第三材料可以包括碳纤维而第一和第二材料可以包括玻璃纤维。在另一个实施方案中，第三材料可以包括其他材料，如玄武岩(Basalt)纤维，芳香聚酰胺纤维(如 )，聚乙烯纤维( 或 )和Zylon。然而，应当理解，第三材料可以包括其他类型的纤维或合适的材料。在一个实施方案中，第一和/或第二材料可以包括E-玻璃纤维，如机织E-玻璃纤维，和/或S-玻璃纤维。然而，应当理解，第一和第二材料可以包括其他类型的纤维或合适的材料。例如，在另一个实施方案中，足构件10的核心或中心区段306可以由玻璃纤维制成而足构件10的上部和下部区段302、304可以由碳纤维制成。

[0033] 图3显示义足构件的另一个实施方案10′，其中足构件10′的截面由上部区段302′、下部区段304′和中心区段306′限定。在图示的实施方案中，中心区段306′与上部和下部区段302′、304′之间的边界不是明确的边界，以致可以有第三材料的层存在于上部和下部区段302′、304′中，并且可以有第一和第二材料的层存在于中心区段306′中。在这样的实施方案中，第一、第二和/或第三材料的层可以混杂在足构件10′的上部、下部和中心区段302′、304′、306′内。

[0034] 图4显示义足构件的另一个实施方案10″，其中足构件10″的截面包括上部、下部和中心区段302″、304″、306″，但是其中这三个区段中的材料层是混杂的以致足构件10″的截面基本上是无缝的，在三个区段302″、304″、306″之间没有边界。例如，在一个实施方案中，第三材料层相对于所有材料层的比例可以在中心区段306″中更大并且向足构件10″的顶部和底部减小，并且第一和第二材料层相对于所有材料层的比例可以在上部和下部区段302″、304″中更大并且向足构件10″的中心减小。

[0035] 图5显示义足构件的另一个实施方案10″′，其中足构件10″′的截面具有碳纤维的中心区段306″′，并且上部和下部区段具有机织E-玻璃的层302b″′、304b″′和S-玻璃的层302a″′、304a″′。在图5中显示的实施方案中，S-玻璃的层302a″′、304a″′邻近中心区段
306″′，并且E-玻璃的层302b″′、304b″′邻近S-玻璃的层302a″′、304a″′。

[0036] 在一个实施方案中，可以选择足构件10的混合接合处的两种以上的材料和/或混合接合处布置以给义足提供增强水平的强度(例如，可以强30％以上)，同时与仅由一种材料(例如，碳纤维)制成并且具有与整体混合接合处相同或类似的外形(例如，截面尺寸)的相应的足构件相比，总体上保持相同的挠性或刚度。在另一个实施方案中，可以选择足构件10的混合接合处的两种以上的材料和/或混合接合处布置方式以提供与仅由一种材料(例如，碳纤维)制成并且被定型成总体上具有与整体混合接合处相同的挠性或刚度的相应足构件相比增强的强度水平。在这样的实施方案中，混合接合处可以被布置成应付更大的负载并且具有与假想的单一材料足装置相同的挠性，但是可以具有与单一材料足装置相比相当不同的和/或更大的截面积和/或重量。在一个实施方案中，所述组合件的整体厚度优选在假想的单一材料板状足构件的50％以内，并且更优选地在假想的单一材料板状足构件的
25-40％以内。

[0037] 在另一个实施方案中，可以选择足构件10的混合接合处的两种以上的材料和/或混合接合处布置方式以提供与仅由一种材料(例如，碳纤维)制成并且具有与整体混合接合处相同或类似的外形(例如，截面尺寸)的相应的足构件相比总体上相同的强度但是增加的挠性(即，减小的刚度)。在另一个实施方案中，可以选择足构件10的混合接合处的两种以上的材料和/或混合接合处布置方式以提供与仅由一种材料(例如，碳纤维)制成并且被定型成总体上具有与整体混合接合处相同的强度的相应足构件相比增加的挠性水平(即，减小的刚度)。在这样的实施方案中，混合接合处可以被布置成更易弯曲并且具有与假想的单一材料足装置相同的强度，但是与单一材料足装置相比可以具有不同的截面积和/或重量。在一个实施方案中，组合件的整体厚度优选在假想的单一材料板状足构件的10％以内。

[0038] 以下表1显示碳纤维和S-玻璃纤维的实例的材料性质的比较。该表显示与碳纤维相比S-玻璃材料具有较低的抗弯强度(即，其更软)，但是具有更高的衰坏伸长(elongation at failure)。

[0039] 表1.碳纤维和S-玻璃纤维的比较

[0040]

[0041] 在另一个实施方案中，可以选择两种以上材料的混合接合处布置以提供增强强度的足构件10，同时提供与仅由碳纤维层制成的足构件类似的刚度。例如，可以选择两种以上材料在足构件10的混合接合处中的比例以提供与被定型成总体上具有与混合接合处相同的刚度的单一材料碳纤维义足相比增强的强度。在这样的实施方案中，混合接合处可以具有与被定型成总体上具有与混合接合处相同的刚度的单一材料碳纤维义足相比相当不同的和/或更大的截面积和/或重量。在这样的实施方案中，混合接合处的强度的成比例增加可以大于相应的混合接合处的截面积和/或重量的成比例增加。换言之，混合接合处的截面积和/或重量大于被定型成具有与混合接合处相同的刚度的等效单一材料碳纤维义足，但是小于被定型成具有与混合接合处相同的强度的等效单一材料碳纤维义足。

[0042] 在另一个实施方案中，可以选择两种以上材料的混合接合处布置方式以提供足构件10的增强的挠性(即，减小的刚度)，同时提供与仅由碳纤维层制成的足构件类似的强度。例如，可以选择两种以上材料在足构件10的混合接合处中的比例以提供与被定型成总体上具有与混合接合处相同的强度的单一材料碳纤维义足相比增加的挠性(即，减小的刚度)。
在这样的实施方案中，混合接合处可以具有与被定型成总体上具有与混合接合处相同的强度的单一材料碳纤维义足相比不同的截面积和/或重量。

[0043] 在一个实施方案中，对于混合接合处中的一组给定的材料，各区段的横截面区域的理想化的比率(例如厚度/高度和/或宽度)可以被确定成使得在提供至混合接合处的载荷下，给定区段的最大应力与所述给定区段的抗弯强度之比对于混合接合处的所有区段近似相等，其中给定区段的最大应力是所述区段在提供至混合接合处的载荷下经受的最大应力。在一个实施方案中，理想化比率可以允许在组合件经受大于板状足构件的弯曲破断力的弯曲力时，材料区段实现基本上同时的衰坏。在一个实施方案中，分析计算法，如用于混合梁的改良的区段方法可以用于计算区段的最大应力和惯性力距以确定理想化的比率。分析计算法可以用于具有规则的截面，不规则的界面的混合梁，夹层梁，非夹层梁，以及任何数目的材料或层。在另一个实施方案中，数值技术，如有限元法，可以用于计算区段的最大应力和惯性力距以确定理想化的比率。在另一个实施方案中，实验方法，如三点或四点弯曲测试，可以用于确定理想化比率。

[0044] 在一个实施方案中，混合接合处可以设置有设置在彼此之上的至少第一区段和第二区段。第一区段基本上由具有第一纤维材料的一个或多个层限定并且第二区段基本上由具有第二纤维材料的一个或多个层限定。所述区段一起限定组合件并且进一步限定板状细长足构件的总厚度。相对于组合件的总厚度各区段的厚度可以被配置成使得给定区段的最大应力与所述给定区段的抗弯强度之比对于所有区段近似相等，其中给定区段的最大应力是所述区段在提供至组合件的载荷下经受的最大应力。在一个实施方案中，当足构件具有两个区段时，所述区段的最大应力与抗弯强度之比优选在彼此的20％以内，并且当足构件具有三个以上的区段时，所有区段的最大应力与抗弯强度之比优选在彼此的5％以内。如上所述，所述区段的最大应力与抗弯强度之比可以例如使用用于混合梁的改良的区段方法进行分析计算。此外或备选地，所述比率可以使用数值方法如有限元法或有限差分法进行分析计算。此外或备选地，所述比率可以使用对样品的物理测试来进行实验计算。当通过实验确定所述比率时，优选的测试方法是三点弯曲测试和/或四点弯曲测试，其分别使用ASTM D790–10，“Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials(用于未强化的和强化的塑料和电绝缘材料的弯曲性质的标准测试方法)”和ASTM D6272–10，“Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials by Four-Point Bending(通过四点弯曲的用于未强化的和强化的塑料和电绝缘材料的弯曲性质的标准测试方法)”。应当理解，所述比率可以通过分析、数值和/或实验方法的组合确定。

[0045] 在一个实施方案中，混合接合处的区段的刚度可以是不同的。在两区段组合件的情况中，上部区段可以具有比下部区段更高或更低的刚度。在具有三个以上区段的组合件的情况中，核心区段可以具有比上部和下部区段更高或更低的刚度，并且另外地，上部和下部区段彼此可以具有相同的刚度或不同的刚度。应当理解，所述区段中的一些或所有可以具有相同的厚度或不同的厚度。在一个实施方案中，三区段组合件可以设置有核心区段以及上部和下部区段，其中上部和下部区段可以具有相同的厚度并且可以任选地由相同的材料制成。

[0046] 在一个实施方案中，提供两区段混合接合处，其中底部区段由碳纤维层制成并且顶部区段由玻璃纤维层制成。在一个实施方案中，提供两区段混合接合处，其中底部区段由玻璃纤维层制成而顶部区段由碳纤维层制成。在一个实施方案中，提供三区段混合接合处，其中核心区段由碳纤维层制成，而上部和下部区段由玻璃纤维层制成。在一个实施方案中，提供三区段混合接合处，其中核心区段由玻璃纤维层制成而上部和下部区段由碳纤维层制成。

[0047] 在一个实施方案中，三区段混合接合处设置有核心区段、上部区段和下部区段，其中上部、下部和核心区段一起限定板状细长足构件的总厚度。在一个实施方案中，核心区段被配置成在板状构件经受大于板状足构件的弯曲破断力的弯曲力时衰坏。在这样的实施方案中，核心区段被配置成破裂而上部和下部区段被配置成保持完整无缺并且容纳破裂的核心区段以保持板状足构件为一个整体。在一个实施方案中，上部和下部区段被配置成在板状构件经受大于板状足构件的弯曲破断力的弯曲力时衰坏，但是保持完整无缺，以保持板状足构件为一个整体。在备选的实施方案中，上部和下部区段被配置成不衰坏并且保持完整无缺以保持板状足构件为一个整体。

[0048] 以下表2显示用于义足构件的不同的接合处构造和在混合接合处布置方式中所设置的材料的不同的比例。例如，在具有玻璃-碳-玻璃的混合接合处布置方式的义足构件(例如，其中足构件的中心区段306由碳纤维层制成而足构件的上部和下部区段302、304由玻璃纤维层制成)中，所述材料在足构件中的比例可以为56％碳纤维和44％玻璃纤维，其中碳纤维区段被布置在两个玻璃纤维区段之间，每个玻璃纤维区段的比例为整个混合接合处的22％。

[0049] 表2.不同的混合接合处布置方式的比较

[0050]

[0051]

[0052] 具有混合接合处布置方式的足构件10可以具有与具有碳纤维接合处布置方式的类似尺寸的足构件不同的衰坏表现。在一个实施方案中，具有混合接合处布置方式的足构件，如图2中所示的由碳纤维层的核心区段和由玻璃纤维层制成的上部和下部区段制成的足构件10，将通过脱层而衰坏。在此种构造中，碳核心或中心区段306将破裂但是外部的玻璃纤维区段将总体上保持足部为一体。相比之下，仅由碳纤维制成的足构件将通过破裂成碎片而衰坏。

[0053] 图6显示两个不同的义足的作为挠度(以mm计)的函数的力(以牛顿计)的图表。一个义足具有单一材料碳纤维接合处结构而第二个义足具有碳纤维层和玻璃纤维层的混合接合处结构。如图6中所示，具有碳纤维接合处的义足构件在约5300N破裂和/或衰坏，而具有混合接合处的义足构件在约7100N破裂和/或衰坏。因此，具有混合接合处结构的义足构件比具有单一材料碳纤维接合处结构的义足构件更坚固。

[0054] 以下表3显示与由单一材料碳纤维接合处制成的平板构件相比的平板构件或混合梁的多种接合处布置方式的测试结果，根据ASTM D790-10“用于未强化的和强化的塑料和电绝缘材料的弯曲性质的标准测试方法”，使用3点弯曲测试。这些测试的目的是通过实验确定哪种类型的混合平板构造可以应付最大的载荷。在测试期间，平板构件的顶部受压而平板构件的底部受拉。弯曲测试中的跨度为240mm而平板为约8.5mm宽。单向层为0.15mm厚，而织物层(cloth layer)为0.25mm。图7显示作为挠度(以mm计)的函数的力或负荷(以牛顿计)的图表，其显示表3中所述的不同接合处布置方式的性能。如图7中所示，具有玻璃-碳-玻璃混合接合处布置方式的平板构件或混合梁展现比其余的接合处布置方式(包括仅由碳纤维制成的平板构件)更高的强度。

[0055] 表3.对混合梁的多种接合处布置方式的测试结果

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[0058] 虽然以上相对于义足来描述本发明，但是本发明可以与身体的其他部分一起使用，包括，例如，用于全腿假肢，其中组合平板构件可以形成大腿或膝盖区域的部分。

[0059] 在一些实施方案中，上述实施方案可以用于设计义足的方法中。例如，在一个实施方案中，设计义足的方法可以包括以上述方式确定具有至少两个不同的材料层的混合接合处布置方式，从而提供下面的义足构件，其具有与类似尺寸的仅由一种材料(例如，碳纤维)制成的足构件总体上相同的强度，但是比仅由一种材料制成的所述足构件具有更大的挠性。在另一个实施方案中，设计义足的方法可以包括以上述方式确定具有至少两个不同的材料层的混合接合处布置方式，从而提供下面的义足构件，其与仅由一种材料(例如，碳纤维)制成并且被定型成总体上具有与整体混合接合处相同的强度的足构件相比具有增加的挠性。在另一个实施方案中，设计义足的方法可以包括以上述方式确定具有至少两个不同的材料层的混合接合处布置方式，从而提供下面的义足构件，其具有与类似尺寸的仅由一种材料(例如，碳纤维)制成的足构件总体上相同的刚度，但是比仅由一种材料制成的所述足构件具有更大的强度。在另一个实施方案中，设计义足的方法可以包括以上述方式确定具有至少两个不同的材料层的混合接合处布置方式，从而提供下面的义足构件，其与仅由一种材料(例如，碳纤维)制成并且被定型成总体上具有与整体混合接合处相同的挠性的相应的足构件相比具有增加的强度水平。

[0060] 当然，以上描述是对本发明的某些特征、方面和优点的描述，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下对所述特征、方面和优点进行多种改变和改进。此外，足构件不需要具备以上讨论的所有目标、优点、特征和方面。因此，例如，本领域技术人员将意识到本发明可以以这样的方式实施或进行，即实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点而不一定实现如本文可能教导或暗示的其他目的或优点。此外，虽然已经详细显示和描述了本发明的多种变化形式，基于本公开，本领域技术人员容易想到在本发明的范围内的其他改进和使用方法。预期可以实现不同实施方案之间和之中的具体特征和方面的多种组合或亚组合并且其仍然落在本发明的范围内。因此，应当理解，所公开的实施方案的多种特征和方面可以彼此组合或代替彼此以形成所讨论的具有所述混合接合处布置方式的足构件的各种模式。